【MOF分离C6烷烃】：通过混合配体构建孔隙工程化的金属-有机框架实现汽油升级中己烷异构体的高效分离

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摘要
本研究设计了一种具有混合配体的孔隙工程化金属-有机框架（MOF），命名为CAU-10-H/Br。该材料基于CAU-10-H和CAU-10-Br的母体结构，通过多变量金属-有机框架策略设计，其通道部分用Br基团修饰，拥有合适的孔径大小（5.4 Å），可以允许正己烷（4.3 Å）和3-甲基戊烷（5.0 Å）通过，但排除2,2-二甲基丁烷（6.2 Å）。吸附等温线表明，该材料在303 K和50 Torr的压力下，对正己烷和3-甲基戊烷的吸附容量分别约为1.5和0.7 mmol·g^-1。CAU-10-H/Br在突破实验中表现出优异的分离性能，几乎完全排除了2,2-二甲基丁烷，并且3-甲基戊烷与2,2-二甲基丁烷之间有足够的分离时间。构型偏置蒙特卡罗和密度泛函理论计算揭示了客体分子在通道中的取向和宿主-客体相互作用的吸附位点。此外，CAU-10-H/Br的高稳定性表明它在工业上分离己烷异构体中具有巨大潜力。

研究背景
1）行业问题: 为生产高辛烷值汽油，将己烷异构体分离为各自的组分，尤其是单支化和双支化异构体，是一项极为重要且富有挑战性的工业过程。
2）目前使用的分离方法，如蒸馏，面临着结构相似异构体的分离挑战，特别是它们的沸点和极化性非常接近，而吸附分离则显示出更有希望的前景和潜力。
3）作者贡献: 本文作者在现有研究的基础上，通过混合配体策略，设计了一个新的孔隙工程化MOF（CAU-10-H/Br），实现了己烷异构体的高效分离，特别是能够排除2,2-二甲基丁烷的同时吸附线性和单支化己烷。

实验部分
1）材料合成: 通过适当比例混合异酞酸和5-溴异酞酸，合成了CAU-10-H/Br。
2）材料表征: 利用SEM、PXRD等方法对合成的MOF进行了详细的表征，确认了其结构和稳定性。
3）吸附实验: 在不同温度下测定了n-己烷、3-甲基戊烷和2,2-二甲基丁烷的吸附等温线，并通过突破实验验证了CAU-10-H/Br的分离性能。

分析测试
1）吸附容量: 在303 K和50 Torr的压力下，对n-己烷和3-甲基戊烷的吸附容量分别约为1.5和0.7 mmol·g^-1。
2）分离性能: 突破实验显示CAU-10-H/Br几乎完全排除了2,2-二甲基丁烷，并且在3-甲基戊烷与2,2-二甲基丁烷之间实现了有效的时间分离。
3）吸附机理: 通过构型偏置蒙特卡罗和密度泛函理论计算揭示了吸附过程中客体分子的取向和宿主-客体相互作用的吸附位点。

总结
本研究通过混合配体策略成功开发了一种新型的孔隙工程化MOF，CAU-10-H/Br，该材料在己烷异构体的高效分离中表现出卓越的性能，特别是在排除2,2-二甲基丁烷方面。

A pore-engineered metal-organic framework with mixed ligands enabling highly efficient separation of hexane isomers for gasoline upgrading
文章作者：Qicheng Yu , Lidong Guo , Dan Lai , Zhiguo Zhang , Qiwei Yang , Yiwen Yang , Qilong Ren , Zongbi Bao
DOI：10.1016/j.seppur.2021.118646
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586621003580