【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所低碳催化與工程研究部(DNL12)郭鵬研究員、劉中民院士團隊與遼寧師范大學(xué)李國輝教授團隊合作，設(shè)計構(gòu)筑了一種高效選擇性吸附分離二氧化碳/乙炔(CO2/C2H2)的分子篩材料，并結(jié)合結(jié)構(gòu)解析及理論計算揭示了吸附分離過程中“離子門”效應(yīng)的新機制。
 

　　C2H2是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于石油化工和機械制造等領(lǐng)域。然而，在其生產(chǎn)過程中往往伴隨有CO2的生成。目前，CO2/C2H2分離主要依賴于高能耗的溶劑萃取和低溫精餾方法。相比之下，吸附分離是一種更具前景的分離方法，特別是利用優(yōu)先選擇性吸附CO2的吸附劑一步獲得高純C2H2。然而，由于CO2和C2H2的動力學(xué)尺寸、極化率等十分接近，開發(fā)具有優(yōu)先選擇性吸附CO2的吸附劑仍面臨挑戰(zhàn)。
 

　　在本工作中，研究人員提出基于“離子門”效應(yīng)的小孔分子篩吸附劑設(shè)計策略。研究人員以小孔CHA分子篩為研究對象，基于對CHA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拆解，設(shè)計理想的骨架外陽離子個數(shù)及骨架硅鋁比，并通過精確調(diào)控分子篩的硅鋁比、陽離子類型及含量等參數(shù)，構(gòu)筑了選擇性識別吸附CO2分子的K-CHA分子篩，實現(xiàn)了C2H2的一步高效純化，并利用X-射線粉末衍射結(jié)構(gòu)精修，從原子層面確定了K離子在K-CHA骨架中的落位。進(jìn)一步，研究人員結(jié)合理論計算表征揭示了K-CHA選擇性吸附分離CO2/C2H2的機制：CO2擴散通過K離子占據(jù)的八元環(huán)孔口所需克服的能壘顯著低于C2H2；CO2和C2H2分子擴散通過K離子占據(jù)的八元環(huán)孔口時，分子取向及K離子協(xié)同遷移路徑明顯不同。在之前報道的“離子門”效應(yīng)中，占據(jù)孔口的離子短暫可逆地遷移使得氣體分子擴散通過，而在本工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)離子與氣體分子會發(fā)生協(xié)同遷移，離子在不同的晶體學(xué)落位上將發(fā)生重排。這為“離子門”機制提供了新的見解。同時，該研究為設(shè)計選擇性吸附分離的分子篩材料提供了理論依據(jù)。
 

　　相關(guān)研究成果以“Inverse CO2-C2H2 Separation on the Low-silica CHA Zeolite Through Cooperative Cation and Gas Molecule Migration Mechanism”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所DNL1210組博士后王曉賀和1102組博士研究生鄭達(dá)，該工作得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計劃等項目的資助。