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分离材料孔道结构的精准构筑使其可以识别混合物分子尺寸或性质的差异，从而极大地促进了吸附分离技术的发展。然而，对于分子尺寸几乎完全相同、物性差异性极小的分离体系，现有的孔道构筑及调控手段仍然具有挑战。例如，乙炔作为一种重要的化工原料，一般由碳氢化合物通过蒸汽裂解或部分氧化制得，产物中通常含有二氧化碳杂质，然而乙炔和二氧化碳具有相同的动力学尺寸（3.3 Å）、极为相近的分子尺寸（乙炔为3.3 × 3.3 × 5.7 Å3，二氧化碳为3.2 × 3.3 ×5.4 Å3）和相似分子极化率（乙炔为33.3×1025 cm3，二氧化碳为29.1×1025 cm3），使得乙炔中二氧化碳的脱除具有挑战。近日，浙江大学崔希利研究员和邢华斌教授团队通过对新型磺酸阴离子杂化的超微孔材料的构筑及调控，实现了对分子尺寸较大的乙炔的动力学筛分，通过固定床穿透实验可以一次获得高纯乙炔。
研究中首先制备合成了由铜(II)、异烟酸和1,2-乙基二磺酸构成的新型磺酸阴离子杂化材料ZU-610，由于磺酸作用位点的存在使得ZU-610对乙炔的优先亲和性高于二氧化碳。进一步将ZU-610进行合成后热处理得到孔径缩小的ZU-610a，尽管ZU-610a的孔径大小相较于ZU-610略有收缩，但拓扑结构与ZU-610保持一致。有趣的是，经过合成后热处理收缩孔径后，乙炔优先吸附的ZU-610被翻转为了二氧化碳优先吸附材料（ZU-610a）。进一步研究发现，随着孔径减小到接近二氧化碳和乙炔的动力学直径，ZU-610中的热力学控制的乙炔/二氧化碳分离过程转变为ZU-610a动力学控制的乙炔/二氧化碳分离过程。 同时，DFT理论模拟计算也表明ZU-610和ZU-610a都具有较低的二氧化碳吸附结合能，从而有利于降低吸附剂的再生能耗。 ZU-610a可高效识别乙炔和二氧化碳的扩散差异，实现乙炔和二氧化碳的动力学筛分，等摩尔浓度混合物动态分离实验可直接获得高纯度的乙炔气体，并且具有良好的循环稳定性，该研究为吸附分离用于动力学直径相似的分离体系提供了一种新思路。 论文信息 Kinetic-Sieving of Carbon Dioxide from Acetylene through a Novel Sulfonic Ultramicroporous Material Jiyu Cui, Zhensong Qiu, Lifeng Yang, Zhaoqiang Zhang, Prof. Xili Cui, Prof. Huabin Xing Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202208756
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