然而目前生產(chǎn)乙烯原料的過程中經(jīng)常伴有少量的乙炔雜質(zhì)，該雜質(zhì)對(duì)乙烯的聚合具有非常大的毒害作用。如何有效地除去少量的乙炔氣體并得到高純的乙烯（工業(yè)上要求的純度是99.996%），對(duì)乙烯的聚合過程和生產(chǎn)至關(guān)重要?，F(xiàn)有的方法包括溶劑吸收和乙炔選擇性催化加氫，存在能耗高和消耗大等不足。吸附分離技術(shù)能克服上述的缺陷，有望實(shí)現(xiàn)低能耗和低成本的分離乙炔/乙烯氣體。如今的分離材料普遍存在選擇性和容量難以兼具的缺陷（簡稱trade-off效應(yīng)），即分離選擇性好的材料，通常吸附乙炔的容量不高；吸附量高的材料，選擇性又不夠理想，這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了氣體分離技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

 

針對(duì)這一問題，浙江大學(xué)材料與工程學(xué)院李斌研究員和德州大學(xué)圣安東尼奧分校化學(xué)系陳邦林教授等四個(gè)課題組共同在Advanced Materials雜志上發(fā)表題為“An Ideal Molecular Sieve for Acetylene Removal from Ethylene with Record Selectivity and Productivity”的研究論文。研究人員巧妙的設(shè)計(jì)了一種理想的金屬-有機(jī)框架材料（UTSA-200），該材料具有極小的一維孔道（3.4 Å），這個(gè)孔道大小與乙炔分子（3.3 Å）相當(dāng)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于乙烯分子的大?。?.2 Å）。因此，這個(gè)材料的孔道表現(xiàn)出了理想的分子篩效應(yīng)，能有效地吸附乙炔氣體，而完全排除乙烯分子不被吸附。同時(shí)孔道周圍排布著大量的無機(jī)陰離子功能基團(tuán)，能進(jìn)一步提高材料對(duì)乙炔氣體的辨識(shí)和吸附能力。研究表明UTSA-200不僅表現(xiàn)了目前最高的分離選擇性（超過6000，遠(yuǎn)高于之前報(bào)道的最好材料的44.8），而且表現(xiàn)了超強(qiáng)的乙炔捕獲和吸附能力。與美國NIST的周偉（Wei Zhou）研究員合作，通過DFT理論計(jì)算和中子衍射實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了該材料的分子篩效應(yīng)和超強(qiáng)的分離能力，并確定了乙炔氣體在材料中的吸附結(jié)構(gòu)和機(jī)理。實(shí)際的穿透實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)混合氣體以一定流速通入裝有UTSA-200的吸附柱，乙炔被完全吸附而被除去，得到高純乙烯氣體（99.9999%）。得益于其超強(qiáng)的乙炔吸附能力和完全地分子篩效應(yīng)，該材料表現(xiàn)出了創(chuàng)記錄高的高純乙烯生產(chǎn)能力（87.5 mol/kg per cycle）及同時(shí)產(chǎn)生高純乙炔（97%）的能力。另外，該材料還表現(xiàn)了較好的穩(wěn)定性，在重復(fù)分離實(shí)現(xiàn)12次后其分離性能沒有發(fā)生改變；在少量水，CO2和O2等干擾氣體的存在下也能保持分離性能。該研究成果不僅大大提高了乙烯/乙炔的分離能力，實(shí)現(xiàn)了在這個(gè)重要的工業(yè)分離上的新突破，而且也為其它重要?dú)怏w的分離提供了新的設(shè)計(jì)思路。