中山大學(xué)在重要工業(yè)混合物分離純化方面取得新進(jìn)展

  中山大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)致力于配位聚合物多孔材料的設(shè)計(jì)、合成、氣體吸附和相關(guān)機(jī)理研究，近年來取得了相關(guān)進(jìn)展。
  中山大學(xué)張杰鵬團(tuán)隊(duì)利用C4碳?xì)浠衔锏娜嵝圆顒e和構(gòu)象變化引起的能量損失以及由此導(dǎo)致的與多孔材料的吸附性差別，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下選擇性達(dá)99.5%的1，3-丁二烯的高效純化，避免了常規(guī)蒸餾和吸附純化過程中因加熱而產(chǎn)生的丁二烯自聚問題，實(shí)現(xiàn)了反常且最優(yōu)的C4碳?xì)浠衔镂椒蛛x順序。
 圖. 控制不同柔性客體分子選擇性吸附的策略
 在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：21225105，21290173，21473260)等資助下，中山大學(xué)張杰鵬教授、陳小明院士及其他合作者在重要工業(yè)混合物分離純化方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果于2017年6月16日以“Controlling guest conformation for efficient purification of butadiene”(控制客體分子構(gòu)象實(shí)現(xiàn)丁二烯的高效分離)為題在線發(fā)表在Science上。
 為了使產(chǎn)品或原料達(dá)到足夠高的純度，工業(yè)界需要花費(fèi)大量時(shí)間與成本對(duì)混合物進(jìn)行分離。對(duì)于分子量相似的碳?xì)浠衔?，絕大多數(shù)多孔材料選擇性吸附極性更大、分子更小和具有配位能力的烯烴。因此，通常需要經(jīng)過耗能較高的萃取分餾過程將1，3-丁二烯從丁烷、丁烯和異丁烯等其他C4碳?xì)浠旌衔镏蟹蛛x，目前很難利用多孔材料優(yōu)先分離得到1，3-丁二烯。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)常溫常壓下將C4碳?xì)浠衔锏幕旌衔锿ㄟ^親水性多孔配位聚合物MAF-23填充的固定床吸附裝置后，只有1，3-丁二烯的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，且構(gòu)象轉(zhuǎn)變導(dǎo)致很大的構(gòu)象彎曲能量損失，從而大大減弱與MAF-23的吸附。該團(tuán)隊(duì)利用C4碳?xì)浠衔锏娜嵝圆顒e和構(gòu)象變化引起的能量損失以及由此導(dǎo)致的與多孔材料的吸附性差別，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下選擇性達(dá)99.5%的1，3-丁二烯的高效純化，避免了常規(guī)蒸餾和吸附純化過程中因加熱而產(chǎn)生的丁二烯自聚問題，實(shí)現(xiàn)了反常且最優(yōu)的C4碳?xì)浠衔镂椒蛛x順序。
 該團(tuán)隊(duì)致力于配位聚合物多孔材料的設(shè)計(jì)、合成、氣體吸附和相關(guān)機(jī)理研究，近年來取得了系列進(jìn)展，發(fā)展了多種提高二氧化碳捕獲效率的策略，實(shí)現(xiàn)了常壓、煙道氣和大氣環(huán)境中的多個(gè)吸附量記錄;提出了利用氣—固反應(yīng)機(jī)理對(duì)多孔框架進(jìn)行精確修飾的策略，設(shè)計(jì)合成了兼具擬銅蛋白氧氣活化中心和易氧化有機(jī)配體的新型多孔配位聚合物MAF-42，可以將材料的吸附選擇性改變四個(gè)數(shù)量級(jí)，適于天然氣中提純乙烷和甲烷;提出了“親水孔道捕獲疏水分子”的概念，利用超微孔表面精確排列的氫鍵受體高效結(jié)合極性較低的乙烷分子而非極性較大的乙烯分子，并據(jù)此合成了新型多孔配位聚合物MAF-49。常溫常壓下，將乙烯/乙烷混合物通過MAF-49填充的固定床吸附裝置后，乙烷被選擇性吸附保留，流出的乙烯純度很容易超過99.99%。
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 工業(yè)領(lǐng)域混合物的分離是工業(yè)生產(chǎn)中的一大難題，企業(yè)花費(fèi)在混合物分離方面的資金往往數(shù)額巨大。中山大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在重要工業(yè)混合物分離純化方面取得了進(jìn)展，讓混合物的分離變得更加簡(jiǎn)單，應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域也將大大降低工業(yè)生產(chǎn)成本。