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低能耗高纯度乙烯分离有望工业化

　　业内专家认为，该项工作利用简单有机分子化合物，首次实现在工况温度下乙烯乙烷的高效分离，将极大推动氢键有机框架材料在高效、低能耗的工业分离中的实际应用。

　　研究人员介绍，在最新的研究中，他们利用骨架柔性，提出温度和压力协同调控的“门控机制”策略，实现对乙烯乙烷的高效分离。研究人员在设计合成新型有机小分子的基础上，通过自组装制备了一例具有独特“刚柔并济”孔道特性的氢键有机框架材料，其三重穿插氢键网络形成了可选择性筛分乙烯乙烷的孔道结构。气体吸附和粉末衍射数据表明，弱的非经典氢键(C-H…N)有利于骨架保持一定的柔性;同时连续的π…π作用可以增强骨架的刚性。这种刚柔并济的骨架结构特征是实现“门控机制”的关键。

　　实验结果表明，随着温度升高，吸附气体所需的阈值压力增加，在工况温度(333K)时最大程度上减少共吸附现象，实现最优的乙烯分离效果。单晶结构表明，乙烯分子通过弱的C-H…π相互作用吸附在孔道中。同时，这种微孔HOF材料具有优异的热稳定性，在水、强酸、强碱及一些极性有机溶剂中都能保持骨架稳定，为实现气体分离纯化的实际应用提供了必要条件。

　　乙烯是石化产业的核心，预计到2023年全球的乙烯年产能将超过2亿吨。在乙烯生产过程中，往往利用低温精馏技术分离乙烷来实现提纯，将消耗大量的能量，超过全球年能源消耗的0.3%。

　　利用晶态多孔材料，如金属有机框架、共价有机框架和氢键有机框架等，实现碳氢化合物的高效吸附分离已取得诸多进展。然而，孔道柔性往往成为阻碍低能耗、高纯度乙烯分离的主要原因。一方面，乙烯乙烷尺寸差别极小，要求多孔材料需具有很高的尺寸匹配度。但有机组分具有一定的结构柔性，其孔道尺寸在吸附过程中容易发生改变，难以实现分子筛分。另一方面，随着压力增加，柔性孔道逐渐变大，导致乙烯乙烷的共吸附现象严重。

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