近日，华南理工大学研究员肖静、教授唐浩与福建师范大学教授陈邦林等合作，首次报道了一种利用门控大环晶体（gmc）进行动态筛分纯化丙烯的新方法，展示了gmc在丙烯纯化中的巨大应用潜力，并为实现更节能环保的气体纯化技术提供了新思路。相关成果发表于《化学》（chem）。
丙烯是全球产量最大的基础化工原料之一，年产量超过1亿吨。在工业生产过程中，丙烯和丙烷常常难以分离，导致纯化过程复杂且耗能巨大。为实现高效的丙烯纯化并降低能耗，开发绿色丙烯/丙烷分离技术已成为实现碳达峰和碳中和的重要挑战性课题，也被视为未来改变世界的主要七大分离技术之一。
该研究发现，表现出门控效应的gmc材料在分离丙烯和丙烷方面展现出卓越的性能，其丙烯/丙烷动力学选择性高达76.7，并且在常温下展现出快速的丙烯吸附动力学。实验结果显示，gmc对丙烯的吸附速率显著高于丙烷，仅需6.3分钟即可达到吸附平衡。这主要得益于其独特的门控机制，在分子通过晶体孔道时，特定的甲氧基团会产生暂时性的门控运动，有效放大丙烯和丙烷的扩散速率差异。
为了进一步量化认识gmc门控的柔性，研究团队结合吸附动力学，建立了丙烯/丙烷分子在gmc上的扩散系数~压力数学模型，该指数模型明显区别于常规刚性吸附材料。与传统吸附材料相比，gmc材料具备多项优点，展示了优秀的实际应用潜力。
该材料在常温下仅需动态真空即可完全再生，再生过程的能耗低，在多次循环使用中表现出极佳的稳定性和再生能力，并且在高温和高湿环境下也能保持稳定，其热稳定性和抗湿性优于许多传统吸附材料，在各种极端工况下仍能有效工作。
除了有效分离丙烯和丙烷外，gmc对其它共存的小分子气体，如乙烯、乙烷、甲烷、二氧化碳、氮气等，也表现出排斥性，因而在多组分气体混合物的丙烯纯化中具有独特优势。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.06.007
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