近日，《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., IF: 16.823）在线发表了我院仲崇立/黄宏亮团队完成的题为” Stepwise engineering of a cage-like MOF pore aperture for the efficient separation of isomeric C4 paraffins under humid conditions”的学术论文（Lu Wang, Wenjuan Xue, Hejin Zhu, Xiangyu Guo, Hongliang Huang*, Chongli Zhong*, Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202218596）。
正丁烷和异丁烷均为重要的石化基础原料。工业上C4烷烃同分异构体通常由裂解气或异构化产物中获得，以混合物的形式存在。因此，需要进行C4烷烃同分异构体分离，且分离难度较大。工业上通常采用低温精馏进行分离，投资大、操作复杂、能耗高。在此方面，吸附分离具有优势，但传统的吸附剂在分离选择性和吸附量两者之间往往存在相互制约，难以兼得。因此，理想的吸附剂材料不仅应具有合适的孔穴尺寸实现分子筛分效应，同时应具有高的孔隙率以兼具良好的吸附容量。
本工作在前期MOF设计与制备研究的基础上（Nat. Catal., 2021, 4, 719； Nat. Commun., 2018, 9, 187），通过在具有较大孔笼的Zn-bzc MOF的孔笼窗口处引入甲基基团，得到甲基修饰的Zn-bzc-2CH3 材料，实现了正丁烷和异丁烷的高效分离。一方面，甲基的引入有效地调节了笼状MOF的孔尺寸，实现了正丁烷和异丁烷的分子筛分分离。另一方面，笼状的孔结构提供了较高的孔隙率，使其在298 K和1 bar下具有较高的正丁烷吸附容量。此外，引入的甲基基团在MOF孔道内创建了疏水环境，大大增加了MOF材料的化学稳定性，并且很好地消除了水汽对分离的影响。该新材料在分离性能和稳定方面均具有优势，表现出良好的应用前景。
该工作的第一作者为博士生王璐，黄宏亮副研究员和仲崇立教授为共同通讯作者。本工作受到科技部国家重点研发计划项目（No. 2021YFB3802200）、国家自然基金（No. 22038010, 21978212）的资助。
图1 笼状MOF的孔穴尺寸调控和C4烷烃异构体分离示意图