烷烴同分異構體是生產高辛烷值汽油調和組分和高性能聚合物等產品的關鍵上游原料。一方面，烷烴的辛烷值（Research Octane Number, RON）隨着分子支鏈程度的增加而增加。為了獲得具有較高辛烷值的雙支鏈烷烴，需要將辛烷值較低的直鏈和單支鏈烷烴從混合物中去除。另一方面，直鏈和單支鏈烷烴是優質的乙烯原料，而雙支鏈烷烴作為乙烯原料會導致產率較低。因此，烷烴異構體的分離，特別是單、雙支鏈異構體的分離，是石油化工領域的重要過程。為了得到優質的汽油調和組分和優化乙烯原料，需要將直鏈/單支鏈烷烴和雙支鏈異構體分開。然而，由於烷烴異構體間物理化學性質差異很小，其高效分離仍是一個巨大的挑戰。
在實際分離中，吸附選擇性和吸附容量是評價吸附劑分離性能的重要指標，然而，高的吸附選擇性通常要求吸附劑具有較小的孔徑，這就導致吸附劑材料的孔容和比表面積比較小，因而吸附劑的吸附容量較小；另一方面，高的吸附容量需要較大的比表面積和孔容，這又導致吸附劑材料的孔徑較大，從而限制了吸附劑的吸附選擇性。因此吸附劑材料的高選擇性和高吸附容量往往難以兼得。金屬-有機骨架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）材料由於其孔道結構和表面功能性高度可調，在分離方面具有巨大的應用潛力。近日，深圳職業技術學院霍夫曼先進材料研究院王浩團隊聯合華南理工大學夏啟斌研究員和美國羅格斯大學李靜教授，利用一種具有雙重穿插結構的Zn基MOF材料，不僅實現了直鏈/單支鏈和雙支鏈己烷的完全分離，且對直鏈和單支鏈組分的吸附容量遠超之前所報道的可篩分單、雙支鏈烷烴的多孔材料。
所合成的Zn基MOF材料Zn-tcpt，由於結構雙重穿插，大的六邊形通道被分割為較小的四邊形通道，該材料既有較大的比表面積，同時又有合適的孔徑，因此既能實現對單支鏈和雙支鏈己烷的完全分離，又對單支鏈和直鏈組分具有較高的吸附量。與其它能完全分離單支鏈和雙支鏈烷烴異構體的多孔材料相比，該材料具有最高的直鏈和單支鏈吸附容量。此外，多組分穿透實驗也證實了Zn-tcpt對己烷異構體具有優異的分離性能。
在這項工作中，作者展示了Zn基微孔MOF材料對直鏈/單支鏈和雙支鏈烷烴的高效分離。該工作為烷烴異構體的分離提供了一種新的基準吸附劑，並為設計高效分離的多孔結構提供了可借鑑的材料篩選思路。
相關研究成果發表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是華南理工大學與深圳職業技術學院霍夫曼先進材料研究院聯合培養博士生余良。通訊作者為深圳職業技術學院霍夫曼先進材料研究院王浩副教授、華南理工大學夏啟斌研究員以及羅格斯大學李靜教授。
High-Capacity Splitting of Mono- and Dibranched Hexane Isomers by a Robust Zinc-Based Metal−Organic FrameworkLiang Yu, Saif Ullah, Hao Wang, Qibin Xia, Timo Thonhauser, and Jing LiAngew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202211359, DOI: 10.1002/anie.202211359
https://www.x-mol.com/university/faculty/16905https://www.x-mol.com/university/faculty/39480https://www.x-mol.com/groups/acsmof
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