作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 C2H2和C2H4对镍@FAU的吸附数据
C2H2和C2H4在298 K下对镍@FAU的吸附等温线
标准温度和压力
C2H2-和C2H4在298 K下分别吸附、共吸附和连续吸附(首先C 2H4，然后转换为C2H2)后吸附镍@FAU的TPD谱
a
u
，任意单位
镍@FAU在298 K下吸附C2H2和C2H4，然后用氦吹扫(虚线)的原位红外光谱
在载气氦、C2 H2(2%)/氦和C2 H4(2%)/氦存在下，镍@FAU靶脉冲激光汽化产生的物质的质谱
m/z，质量/电荷比；原子质量单位
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aay8447 有机化学家的目标是在将烯烃如乙烯和丙烯转化成聚合物之前，将它们从炔烃中分离出来
该技术有几个缺点，包括氢化炔烃产生不需要的烷烃，这激发了对其他分离方法的兴趣
沸石，也称为分子筛，是由硅、铝和氧制成的结晶固体，用于保留阳离子、水和/或小分子
然而，由于沸石的尺寸和挥发性，大多数分子不能用沸石有效分离
研究人员旨在有效地去除炔烃杂质，以生产聚合物级低碳烯烃(不饱和烃)，这对于许多行业来说仍然具有挑战性
在一份新的报告中，柴和一个国际研究小组在美国的先进材料，化学物理，中子科学和钻石光源
K
，U
S
，中国开发了控制八面沸石(FAU)沸石内部孔隙的新策略
他们通过在六元环中限制孤立的开放镍(ⅱ)位置来实现这一点
在环境条件下，镍(镍)FAU位点(被称为镍@FAU)显示出对炔烃的显著吸附以及乙炔/乙烯、丙炔/丙烯和丁炔/1，3-丁二烯混合物的高效分离，具有前所未有的分离选择性
利用原位中子衍射和非弹性中子散射技术，研究小组展示了已确认的镍(ⅱ)位点如何通过形成亚稳态[镍(ⅱ)(C2 H2)3]络合物而允许化学选择性和可逆结合到乙炔上
控制易密封沸石孔隙内部化学性质的能力释放了它们实现具有挑战性的工业分离的潜力
这项工作现在发表在《科学》杂志上
化学工业通过蒸汽裂解碳氢化合物生产超过3.5亿吨的低级烯烃，如乙烯、丙烯和1，3-丁二烯
将大量化学混合物分离成更纯净形式的过程导致了巨大的全球能源消耗
为了获得聚合物级烯烃，科学家还必须减少物流中炔烃的副产物，因为它们不可逆地毒害聚合催化剂
旨在纯化烯烃的现有技术是基于炔烃的部分氢化，但是这种方法昂贵且选择性差
与烯烃相比，新兴方法使用多孔吸附剂如金属有机骨架优先吸附炔烃，但由于其固有的有限稳定性和高生产成本，仍有待商业化
沸石结构坚固，由于其类似分子筛的性质，提供了低成本生产和广泛的工业分离应用
然而，由于分子大小和挥发性的相似性，它们对于炔烃/烯烃分离是无效的
因此，从八面沸石(FAU)中分离出的镍(ⅱ)位点的易生产性和高稳定性增强了它们在低碳烯烃工业提纯中的潜力
镍@FAU、铜@FAU和锌@FAU样品的扫描电镜图像
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aay8447 团队合成了M@FAU沸石；其中M代表镍-镍(ⅱ)、铜-铜(ⅱ)和锌(ⅱ)，使用混合凝胶的水热反应和随后的处理
他们使用一种缩写为TAPTS的配体来配位镍(ⅱ)离子，使其包含在沸石孔结构的困难位置
利用同步加速器x光粉末衍射数据，研究小组证实了FAU沸石晶体处于特定的立方空间群中
他们使用电子显微镜证实了过渡金属阳离子在整个FAU晶体中的均匀分布，并使用x光电子能谱证实了受限金属离子的易氧化状态
为了确认FAU沸石中有限的镍(ⅱ)(镍)位置的主要位置，科学家使用密度泛函理论计算和原位中子粉末衍射(NPD)研究
在装置中乙炔(C2H2)和乙烯(C2H4)等摩尔混合物的竞争吸附过程中，柴等
观察乙炔的选择性吸收
他们使用质谱鉴定了装载在镍@FAU中的C2H2-和C2H4-分子中的吸附物种，并且鉴定了对应于镍(C2H2)3的片段作为C2 H2-吸附镍@FAU中的关键物种
然而，他们没有观察到镍(C2H4)n(其中n =1至4)物种形成C2H4吸附的镍@FAU
结果显示了乙炔(C2H2)在镍@FAU中的高选择性吸附能力及其从乙烯流中除去痕量乙炔的能力
炔烃/烯烃分离的柱突破研究
C2H2/C2H4 (2%/2%)混合物的柱穿透曲线，使用各种沸石样品，温度为298℃
C2H2和C2H4分别以紫色和橙色显示
f、流量；F0，初始流速
(二)原料气组成对298 K下镍@FAU上C2H2/C2H4分离的影响
(三)在环境条件下，采用最先进的吸附剂材料，C2H2/C2H4动态选择性与C2H2动态吸收的关系图
(四)镍@FAU在298 K下分离C2H2/C2H4 (2%/2%)的可回收性
样品再生是通过在423 K的氦中处理30分钟来实现的
丙炔/丙烯(2%/2%) (E)、丁炔/1，3-丁二烯(2%/2%) (F)和乙炔/丙烯(2%/2%) (G)在装有镍@FAU的固定床上于298 K下的柱穿透曲线
总气体流量，6
0毫升/分钟；样本重量，0
2 g
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aay8447 柴等
在动态条件下，使用M@FAU(其中M =如前所述的镍、铜和锌)进行分离C2H2/C2H4混合物的进一步实验
所有实验都充分吸附乙炔，并在出口产生超纯乙烯流
与领先的金属有机框架相比，动态吸收更好
科学家注意到镍@FAU在提高柱温或向气流中加入二氧化碳或水后的进一步分离能力
该结果显示了镍@FAU用于从烯烃物流中吸附去除炔烃的工业潜力
在用镍@FAU进行了10次乙炔/乙烯分离循环后，研究小组注意到每次循环之间吸附剂完全再生，实际可回收性的保留率没有下降
相反，他们注意到铜@FAU的可逆性很差
为了评估镍在镍@FAU中的作用，研究小组通过不同的方法(如离子交换和湿浸渍)将金属离子引入FAU沸石中，并显示出最小的乙炔/乙烯分离
因此，科学家们将镍@FAU的优异性能归功于他们的结合方法和环境，它们有效地将镍位点限制在孔隙内
该小组还利用原位中子粉末衍射研究确定了镍@FAU范围内受限镍位点和吸附气体分子(表示为C2D2、C2D4、C3D4和C3D6)的位置
基于去溶剂化镍@FAU的傅立叶差图分析，他们证实了超空泡结构的完整性和残余核密度的缺失
在装置中加载气体后，他们通过傅立叶差图分析和里韦尔德细化(一种表征晶体材料的技术)成功地解释了气体的结合域
镍@FAU沸石的晶体结构与气体负载的关系
所有的结构都来源于NPD数据在7 K时的改进[硅和铝:黄色；o:红色；Ni:绿色；c:灰色；d:白色；为清晰起见，C 2D4以蓝色突出显示]
主-客相互作用用虚线突出显示，结合距离的估计标准偏差值通常在0以内
02至0
08 Å
视图是[Ni12 Na20(Al44 Si 148 O 384)](C2D 2)12(A)、[Ni12 Na20(Al44 Si 148 O 384)](C2D 2)26(B)、[Ni12 Na20(Al44 Si 148 O 384)](C2D 4)17(C)、[Ni12 Na20(Al44 Si 148 O 384)](C3D 4)20(D)和[Ni11]中吸附气体分子的结合位点
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aay8447 所有结果都与研究中注意到的选择性但可逆的吸附特征相一致
吸附剂-气体相互作用的独特性质证实了镍@FAU对炔烃吸附的高选择性
柴等
还利用非弹性中子散射研究可视化了镍@FAU上吸附的C2H2和C2H4分子的结合动力学
吸附在镍位点上导致气体分子在各向异性环境中的隔离和限制，这导致明显的非弹性中子散射特征
允许团队验证镍@FAU和C2H2(乙炔)之间的相互作用强于镍@FAU和C2H4(乙烯)
作为气体载荷函数的镍@FAU的惯性导航光谱
(一)C2H2负载镍@FAU与固体C2H2的红外光谱比较
(二)C2H4负载镍@FAU与固体C2H4的红外光谱比较
放大的细节显示了被吸附的C2H2和C2H4分子的平移或振动模式和内部振动模式
通过去除裸沸石和样品架的信号产生不同的光谱
原始光谱在补充材料中提供
山峰用罗马数字标注
s，动态结构因素；q，动量传递；w，频率变化
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aay8447 通过这种方式，柴和他的同事们展示了固体吸附剂技术，如镍@FAU(镍八面沸石)在提高现有分离过程的操作效率方面的日益增长的前景
目前，用于石化工业和从烯烃中分离炔烃杂质的技术只能通过探索它们在尺寸、形状、结合亲和力和构象方面的差异来实现
几十年来，科学家们一直认为具有明确通道的沸石是气体分离的可行候选物，主要是因为它们的分子筛特性
基于这样的研究，研究小组在这项工作中将原子分散的镍位点限制在FAU沸石孔道中，以形成镍@FAU，并区分炔烃和烯烃的结合
这项工作有助于在实际条件下生产聚合物级烯烃
镍@FAU吸附剂为分离炔烃/烯烃化合物的挑战性过程提供了创新和实用的解决方案
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
