化学加|Science重大进展 | 开拓新方法，南开大学李兰冬等团队成本更低的沸石分离烯烃及炔烃

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必须先将烯烃（例如乙烯和丙烯）与炔烃分离，然后才能将其转化为聚合物。将大量的化学混合物分离成更纯净的形式占了全球大量的能源消耗。要获得聚合物级烯烃，必须将混合物中炔烃（乙炔，丙炔和丁炔）的副产物减少到<百万分之五（ppm），因为这些炔烃不可逆地毒害了聚合催化剂。提纯烯烃的最新技术基于炔烃在负载的Pd催化剂上的部分加氢。但是，这种方法的选择性差，成本高。鉴于分子的大小和挥发性相似，沸石通常效率低下。
2020年5月29日，南开大学李兰冬及曼彻斯特大学杨四海共同通讯在Science 在线发表题为“Control of zeolite pore interior for chemoselective alkyne/olefin separations”的研究论文，该研究将孤立的Ni（II）位点限制在八面沸石（FAU）中，以实现来自多种炔烃/烯烃混合物的炔烃的显著吸附。炔烃和开放的Ni（II）位点之间牢固但完全可逆的结合导致在动态条件下形成亚稳[Ni（alkyne）3]络合物，并能够从烯烃（炔烃<1 ppm）中完全除去炔烃。 Ni @ FAU的简便生产和高稳定性增强了其在低级烯烃工业纯化中的潜力。

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通过碳氢化合物的蒸汽裂化，每年生产超过3.5亿公吨的低级烯烃（乙烯，丙烯和1,3-丁二烯）。将大量的化学混合物分离成更纯净的形式占了全球大量的能源消耗。要获得聚合物级烯烃，必须将混合物中炔烃（乙炔，丙炔和丁炔）的副产物减少到<百万分之五（ppm），因为这些炔烃不可逆地毒害了聚合催化剂。提纯烯烃的最新技术基于炔烃在负载的Pd催化剂上的部分加氢。但是，这种方法的选择性差，成本高。新兴的多孔吸附剂，尤其是金属有机骨架（MOF），显示出炔烃比烯烃优先吸附，这表明乙烯和丙烯的基于吸附的替代纯化方法。
然而，由于MOF固有的有限的稳定性和高的生产成本，这种方法尚未商业化。此外， MOF中驱动分离的主要物理吸附机制导致了吸附选择性和容量之间的权衡。
沸石具有结构坚固性和低成本生产的优点，并且由于其分子筛特性而被广泛用于工业分离，但由于其分子大小和挥发性相似，因此对炔烃/烯烃分离无效。沸石可以用作有用的支架，以稳定活性金属位点，从而揭示出以前未知的功能和特性。在这项工作中，研究将孤立的Ni（II）位点限制在八面沸石（FAU）中，以实现来自多种炔烃/烯烃混合物的炔烃的显著吸附。炔烃和开放的Ni（II）位点之间牢固但完全可逆的结合导致在动态条件下形成亚稳[Ni（alkyne）3]络合物，并能够从烯烃（炔烃<1 ppm）中完全除去炔烃。 Ni @ FAU的简便生产和高稳定性增强了其在低级烯烃工业纯化中的潜力。
具体来说，该研究报告了一种策略，将孤立的Ni（II）位点限制在八面沸石（FAU）中，以实现来自多种炔烃/烯烃混合物的炔烃的显著吸附。在环境条件下， Ni @ FAU表现出出色的炔烃吸附能力和有效分离乙炔/乙烯，丙炔/丙烯和丁炔/ 1,3-丁二烯混合物的能力，动态分离选择性分别为100、92和83 。原位中子衍射和非弹性中子散射表明，受限的镍（II）位点能够通过形成亚稳[Ni（II）（C2H2）3]络合物而与乙炔进行化学选择性和可逆结合。这对于工业上大规模应用具有重大潜力。
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