Topologically guided tuning of Zr-MOF pore structures for highly selective separation of C6 alkane isomers

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作者
Hao Wang,Xinglong Dong,Junzhong Lin,Simon J. Teat,Stephanie Jensen,Jérémy Cure,Eugeny V. Alexandrov,Qibin Xia,Kui Tan,Qining Wang,David H. Olson,Davide Μ. Proserpio,Yves J. Chabal,Timo Thonhauser,Junliang Sun,Yu Han,Jing Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:343
标识
DOI:10.1038/s41467-018-04152-5
摘要

Abstract As an alternative technology to energy intensive distillations, adsorptive separation by porous solids offers lower energy cost and higher efficiency. Herein we report a topology-directed design and synthesis of a series of Zr-based metal-organic frameworks with optimized pore structure for efficient separation of C6 alkane isomers, a critical step in the petroleum refining process to produce gasoline with high octane rating. Zr 6 O 4 (OH) 4 (bptc) 3 adsorbs a large amount of n -hexane but excluding branched isomers. The n -hexane uptake is ~70% higher than that of a benchmark adsorbent, zeolite-5A. A derivative structure, Zr 6 O 4 (OH) 8 (H 2 O) 4 (abtc) 2 , is capable of discriminating all three C6 isomers and yielding a high separation factor for 3-methylpentane over 2,3-dimethylbutane. This property is critical for producing gasoline with further improved quality. Multicomponent breakthrough experiments provide a quantitative measure of the capability of these materials for separation of C6 alkane isomers. A detailed structural analysis reveals the unique topology, connectivity and relationship of these compounds.
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