Post‐Synthesis Functionalization Enables Fine‐Tuning the Molecular‐Sieving Properties of Zeolites for Light Olefin/Paraffin Separations

分子筛 材料科学 沸石 选择性 吸附 烯烃纤维 选择性吸附 化学工程 表面改性 气体分离 催化作用 有机化学 化学 生物化学 工程类
作者
Hae Sol Lee,Nam Sun Kim,Dong‐il Kwon,Su‐Kyung Lee,Muhammad Numan,Taesung Jung,Kanghee Cho,Michal Mazur,Hae Sung Cho,Changbum Jo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (48) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/adma.202105398
摘要

Abstract Zeolite molecular sieves are widely used in gas separation and shape‐selective catalysis, but these applications often require discriminating differences as little as 0.1 Å. Molecular sieving with such size selectivity demands zeolites with highly tunable pore diameters and adsorption properties, which are technically challenging to prepare. Nevertheless, it is shown that a wide range of organic functional groups can be covalently functionalized onto the interior pore walls of the zeolites, MOR, LTL, FAU, and MFI, to systematically “tune” their effective pore diameters with respect to the size of organic groups. For organic functionalization, small and aggressive organic electrophiles are used (e.g., organo‐halide and ‐diazonium) as grafting agents, which are accessible to the intracrystalline void space, forming a C–O zeolite bond in a reaction with a bridging oxygen as proved by multiple analysis data. It is demonstrated that the post‐functionalization can be used to tailor the molecular sieving action of a parent zeolite to give size‐selective adsorbents for light olefin/paraffin separations. 4‐Methoxybenzene‐functionalized MOR separates ethylene from ethane with an ideal‐adsorbed‐solution‐theory selectivity of ≈5873, whereas toluene‐grafted MOR completely separates propylene/propane mixtures. Therefore, tailoring the molecular‐sieving properties of zeolites by organic functionalization broadens their applications to challenging separations.

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