Benchmark Low-Pressure Ethane Uptake for Ethylene Purification Enabled by a Metal–Organic Framework with Confined Pore Space and Abundant Binding Sites

作者
Jinglin Guo,Yiru Lian,Zhenzhen Jia,Yujuan Zhang,Chaohui He,Ben S. Pilgrim,Xiaoqing Wang,Tuoping Hu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:65 (17): 9662-9668
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.6c01223
摘要

Removing trace ethane (C 2 H 6 ) from ethylene (C 2 H 4 )-rich streams is essential for high-purity C 2 H 4 production but remains energy-intensive due to their similar physicochemical properties. Adsorptive separation using metal–organic frameworks (MOFs) offers a promising alternative to cryogenic distillation but is limited by insufficient C 2 H 6 uptake under industrially relevant low-pressure conditions. Here, we report a microporous copper-based framework, NUC-201Cu, synthesized via an in situ ligand transformation in which cyano groups convert to tetrazole units during assembly. This strategy generates abundant N-rich binding sites within confined pores, thereby strengthening interactions with C 2 H 6 . Single-component adsorption measurements show that NUC-201Cu achieves a benchmark C 2 H 6 uptake of 51.9 cm 3 g –1 at 0.06 bar and 298 K and exhibits a distinct adsorption preference over C 2 H 4 . Ideal adsorbed solution theory (IAST) calculations predict a selectivity of 2.6 for an equimolar C 2 H 6 /C 2 H 4 mixture at 298 K and 1 bar. Theoretical simulations identify tetrazole groups as the dominant C 2 H 6 adsorption sites, while dynamic breakthrough experiments confirm efficient separation, enabling the direct production of high-purity C 2 H 4 . These findings demonstrate that in situ ligand transformation provides an effective approach for constructing highly selective adsorption environments in microporous MOFs, offering promising potential for energy-efficient hydrocarbon separations.
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