A Robust Ethane-Trapping Metal–Organic Framework with a High Capacity for Ethylene Purification

乙烯 化学 吸附 乙炔 金属有机骨架 空气分离 化学工程 惰性气体 挥发性有机化合物 惰性 金属 聚合物 烯烃纤维 有机化学 催化作用 氧气 工程类
作者
Omid T. Qazvini,Ravichandar Babarao,Zhaolin Shi,Yue‐Biao Zhang,Shane G. Telfer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (12): 5014-5020 被引量:374
标识
DOI:10.1021/jacs.9b00913
摘要

The separation of ethane from ethylene is of prime importance in the purification of chemical feedstocks for industrial manufacturing. However, differentiating these compounds is notoriously difficult due to their similar physicochemical properties. High-performance porous adsorbents provide a solution. Conventional adsorbents trap ethylene in preference to ethane, but this incurs multiple steps in separation processes. Alternatively, high-purity ethylene can be obtained in a single step if the adsorbent preferentially adsorbs ethane over ethylene. We herein report a metal-organic framework, MUF-15 (MUF, Massey University Framework), constructed from inexpensive precursors that sequesters ethane from ethane/ethylene mixtures. The productivity of this material is exceptional: 1 kg of MOF produces 14 L of polymer-grade ethylene gas in a single adsorption step starting from an equimolar ethane/ethylene mixture. Computational simulations illustrate the underlying mechanism of guest adsorption. The separation performance was assessed by measuring multicomponent breakthrough curves, which illustrate that the separation performance is maintained over a wide range of feed compositions and operating pressures. MUF-15 is robust, maintains its performance in the presence of acetylene, and is easily regenerated by purging with inert gas or by placing under reduced pressure.
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