Scalable Room-Temperature Synthesis of Highly Robust Ethane-Selective Metal–Organic Frameworks for Efficient Ethylene Purification

吸附 化学 金属有机骨架 乙烯 热稳定性 催化作用 化学工程 化学稳定性 选择性 碳氢化合物 纳米技术 有机化学 材料科学 工程类
作者
Shubo Geng,En Lin,Xia Li,Wansheng Liu,Ting Wang,Zhifang Wang,Debobroto Sensharma,Shaza Darwish,Yassin H. Andaloussi,Tony Pham,Peng Cheng,Michael J. Zaworotko,Yao Chen,Zhenjie Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (23): 8654-8660 被引量:229
标识
DOI:10.1021/jacs.1c02108
摘要

The development of new techniques and materials that can separate ethylene from ethane is highly relevant in modern applications. Although adsorption-based separation techniques using metal–organic frameworks (MOFs) have gained increasing attention, the relatively low stability (especially water resistance) and unscalable synthesis of MOFs severely limit their application in real industrial scenarios. Addressing these challenges, we rationally designed and synthesized two new C2H6-selective MOF adsorbents (NKMOF-8-Br and -Me) with ultrahigh chemical and thermal stability, including water resistance. Attributed to the nonpolar/hydrophobic pore environments and appropriate pore apertures, the MOFs can capture C2 hydrocarbon gases at ambient conditions even in high humidity. The single-crystal structures of gas@NKMOF-8 realized the direct visualization of adsorption sites of the gases. Both the single-crystal data and simulated data elucidate the mechanism of selective adsorption. Moreover, the NKMOF-8 possesses high C2H6 adsorption capacity and high selectivity, allowing for efficient C2H6/C2H4 separation, as verified by experimental breakthrough tests. Most importantly, NKMOF-8-Br and -Me can be scalably synthesized through stirring at room temperature in minutes, which confers them with great potential for industrial application. This work offers new adsorbents that can address major chemical industrial challenges and provides an in-depth understanding of the gas binding sites in a visual manner.
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