Adsorptive Separation of Aromatic Compounds from Alkanes by π–π Interactions in a Carbazole-Based Conjugated Microporous Polymer

共轭微孔聚合物 材料科学 吸附 微型多孔材料 聚合物 烷烃 环己烷 分离过程 选择性吸附 选择性 化学工程 吸附 辛烷值 多孔介质 有机化学 多孔性 碳氢化合物 催化作用 化学 工程类
作者
Tongfan Chen,Wenxiang Zhang,Bin Li,Wenbo Huang,Chunhui Lin,Yue Wu,Shu‐Hui Chen,Heping Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (50): 56385-56392 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsami.0c18232
摘要

Separation of aromatic/alkane mixtures of similar size and properties is critical for the chemical industry as conventional thermal separation is a high-cost and an energy-intensive process. Adsorptive separation based on porous materials is a prospective and economical technology as well as a suitable alternative to the energy-inefficient heat-driven separation process. With this in mind, we design and synthesize a novel microporous polymer (termed CMP-S-1) with a conjugated aromatic skeleton as a porous adsorbent for aromatic/alkane separation. CMP-S-1 possesses high aromatic adsorption selectivity in two representative separation systems (benzene vs cyclohexane and 3-methylthiophene vs n-octane) based on a vapor adsorption experiment and an ideal adsorbed solution theory simulation. The instant adsorption rate, adsorption energy calculations, and liquid fixed-bed breakthrough experiments give convincing demonstrations on the preferential selective adsorption of aromatic compounds over alkanes in CMP-S-1. The strong π–π interaction between aromatics and the naphthalene ring is considered as the main reason for the strong affinity of aromatic compounds in the CMP-S-1 skeleton. The remarkable aromatic/alkane separation performance of CMP-S-1 verifies the important influence of the π-conjugation interaction in the conjugated porous polymer for the low-energy consumption adsorption separation process.

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