煉廠干氣中回收乙烯是擴(kuò)寬C₂H₄來源的有效途徑,但C₂H₄和C₂H₆物理性質(zhì)和分子尺寸非常接近,分離困難.金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）近年來在低碳烴分離領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景.本工作采用氨吸附改性調(diào)節(jié)UTSA-280的結(jié)構(gòu),通過一維直孔道大小的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)C₂H₄/C₂H₆的高效分離.改性后的UTSA-280具有獨(dú)特的超微孔結(jié)構(gòu)能提升C₂H₄的吸附,而完全不吸附稍大的C₂H₆,實(shí)現(xiàn)理想的C₂H₄/C₂H₆吸附選擇性（>1000）.結(jié)果表明,改性后的UTSA-280的C₂H₄吸附量可提高至2.83 mmol/g,與未改性的材料相比增加29%,并且能阻擋C<... 

【文章來源】：化學(xué)學(xué)報. 2020,78(06)北大核心SCICSCD

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【部分圖文】：

UTSA-280材料的脫水及氨吸附改性后的結(jié)構(gòu)變化示意圖

采用粉末X射線衍射(PXRD)技術(shù)對制備、活化、改性以及氣體吸附后的UTSA-280樣品進(jìn)行了表征(圖2).從圖2中可以看出,制備的UTSA-280樣品的PXRD圖譜與模型圖譜的特征峰完全一致,主峰強(qiáng)度較高,說明制備的UTSA-280材料具有較高的純度.樣品經(jīng)160℃活化后的特征峰沒有變化,證明活化時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,高溫處理后依舊保持原有晶型.從氨改性以及C2H4/C2H6吸附后的PXRD圖譜可以看出,強(qiáng)極性分子NH3對UTSA-280的結(jié)構(gòu)沒有破壞作用,其在吸附氣體后也沒有結(jié)構(gòu)的變化.由此表明,UTSA-280高穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)可在活化、改性和吸附過程中保持完整,有效避免在實(shí)際應(yīng)用過程中大多數(shù)MOFs材料結(jié)構(gòu)易破壞,穩(wěn)定性較差的問題[26～28].通過UTSA-280材料的熱重曲線和差熱分析曲線(圖3)可以看出,材料的熱重曲線出現(xiàn)多個失重階梯,對應(yīng)于材料客體水分子的脫除和結(jié)構(gòu)的分解.在30～50℃的升溫過程中,材料的質(zhì)量有緩慢損失,溫度升至80℃后失重加快,直至120℃左右完成第一階段失重過程,此階段10%的失重為結(jié)構(gòu)孔道中水分子的脫除.材料在120～320℃的溫度范圍會脫除結(jié)構(gòu)中配位水分子,隨著水分子的脫除,C2H4吸附量逐漸上升,但如果配位水完全脫除,則C2H4/C2H6吸附選擇性會顯著降低,配位水分子的脫除沒有明顯的階梯,所以僅依靠溫度和升溫速率方式難以進(jìn)行精確控制.當(dāng)溫度升高至320～480℃溫度區(qū)間,出現(xiàn)失水后材料的穩(wěn)定平臺,后續(xù)溫度的升高會導(dǎo)致材料的分解,放出大量熱量.由此看出,UTSA-280的最終分解溫度達(dá)480℃,說明該材料具有高的熱穩(wěn)定性[29,30].

通過UTSA-280材料的熱重曲線和差熱分析曲線(圖3)可以看出,材料的熱重曲線出現(xiàn)多個失重階梯,對應(yīng)于材料客體水分子的脫除和結(jié)構(gòu)的分解.在30～50℃的升溫過程中,材料的質(zhì)量有緩慢損失,溫度升至80℃后失重加快,直至120℃左右完成第一階段失重過程,此階段10%的失重為結(jié)構(gòu)孔道中水分子的脫除.材料在120～320℃的溫度范圍會脫除結(jié)構(gòu)中配位水分子,隨著水分子的脫除,C2H4吸附量逐漸上升,但如果配位水完全脫除,則C2H4/C2H6吸附選擇性會顯著降低,配位水分子的脫除沒有明顯的階梯,所以僅依靠溫度和升溫速率方式難以進(jìn)行精確控制.當(dāng)溫度升高至320～480℃溫度區(qū)間,出現(xiàn)失水后材料的穩(wěn)定平臺,后續(xù)溫度的升高會導(dǎo)致材料的分解,放出大量熱量.由此看出,UTSA-280的最終分解溫度達(dá)480℃,說明該材料具有高的熱穩(wěn)定性[29,30].制備、活化及改性后UTSA-280的紅外圖譜由圖4所示.從圖中可以看出,UTSA-280在活化前后以及改性前后都具有相近的振動峰,說明了其保持原有的官能團(tuán)及結(jié)構(gòu).主要的變化在于制備的UTSA-280結(jié)構(gòu)中包含大量水分子,所以在波長3000～3500 cm-1之間有很強(qiáng)并且很寬的水分子振動峰.在活化脫水后,材料的這部分水分子振動峰明顯減少,由此驗(yàn)證結(jié)構(gòu)中大部分的水分子被脫除.氨改性后的UTSA-280在3250～3400cm-1之間多出了數(shù)個稍有凸起的振動峰,此部分峰的出現(xiàn)歸因于UTSA-280改性后結(jié)構(gòu)中吸附并結(jié)合了大量氨分子[31,32],由此說明了UTSA-280材料氨改性后氨分子與結(jié)構(gòu)的結(jié)合.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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