丙烯（C3H6）是全球产量最高的化工产品之一，年产量已超过1.3亿吨。高纯度丙烯（≥ 99.5%）在制造聚丙烯等聚合物产品中起着至关重要的作用。然而，工业上通过蒸汽裂解法得到的粗丙烯常含有少量丙炔（C3H4）、丙二烯（CH2=C=CH2）和丙烷（C3H8）等杂质，这些杂质会显著降低丙烯的纯度，严重影响后续的聚合反应。目前，工业上通常采取贵金属催化加氢和低温蒸馏的方式分离纯化C3H6，然而，这些过程能耗高、成本昂贵且操作复杂。因此，亟需开发节能、低成本且高效的分离技术。金属有机框架（MOFs）由于其比表面积大、孔道可调控及表面可修饰等特点，被认为是分离和纯化轻烃的理想多孔材料。虽然许多MOF材料已被证明能够有效分离二元C3混合物（如C3H6/C3H8、C3H4/C3H6、C3H4/CH2=C=CH2等），但目前尚无研究报道能够直接从四元C3混合物中一步分离得到C3H6。
基于此，暨南大学化学与材料学院陆伟刚/李丹教授团队通过在孔道表面调控极性与非极性位点的空间分布，提出了一种有效应对多组分轻烃分离的新策略。该团队报道了一种具有高稳定性的Cu4I4-三氮唑金属有机框架材料JNU-9-CH3。JNU-9-CH3的孔道中暴露的碘原子和氮原子能够与C3轻烃分子（如丙炔、丙二烯、丙烷、丙烯）发生协同作用，从而实现一步分离得到高纯度的C3H6（≥99.99%）。这项研究首次提出了一种基于主客体协同识别的新方法，并展示了其在复杂烃类分离中的应用潜力。
该团队合成了两种Cu4I4簇节点的MOF材料，分别命名为JNU-9-CH3和JNU-9-CH2CH3。JNU-9-CH3表面暴露的碘原子和氮原子能够与C3烃类分子发生协同作用，从而实现选择性分离。单组分吸附曲线H6。相比之下，由于乙基取代基的空间占据，碘原子的可及性降低，JNU-9-CH2CH3对C3H4和CH2=C=CH2的吸附强于C3H6和C3H8，但是后两者的吸附能力没有明显差异。恒峰娱乐下载这些结果表明，JNU-9-CH3更适合从四组分C3混合物中一步提纯C3H6。随后该团队通过原位单晶和原位拉曼光谱实验也证实了JNU-9-CH3中Cu4I4簇的碘原子与C3轻烃分子存在较强的相互作用。
图2 JNU-9-CH3和JNU-9-CH2CH3在多组分C3混合物中的突破曲线混合物的穿透实验中，JNU-9-CH3表现出了优异的分离性能，能够从等摩尔四组分C3混合物中分离出102.7 mmol L−1高纯度的丙烯（≥99.99%）。即使在不同流速和不同组分比例下，JNU-9-CH3仍能高效分离丙烯，显示了其在实际工业应用中的潜力。特别是在高湿度条件下，JNU-9-CH3的分离性能并未受到明显影响，表明水蒸气对其影响较小。而JNU-9-CH2CH3由于孔道中碘原子的可及性受限，C3H8和C3H6几乎同时从色谱柱中穿透出来，无法有效分离四组分C3混合物。这些结果证实了Cu4I4簇中碘原子的大尺寸和极化率在识别C3轻烃方面发挥着关键作用。
上述成果发表在Journal of the American Chemical Society 上。该工作得到了国家自然科学基金、广东省重大基础与应用基础计划、广东省基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金和暨南大学等大力资助。
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原标题：《【复材资讯】Cu₄I₄-三氮唑金属有机框架表面化学调控，实现四元C3混合物中一步纯化丙烯》
