鑽石舞台

分離材料孔道結構的精準構築使其可以識別混合物分子尺寸或性質的差異，從而極大地促進了吸附分離技術的發展。然而，對於分子尺寸幾乎完全相同、物性差異性極小的分離體系，現有的孔道構築及調控手段仍然具有挑戰。例如，乙炔作為一種重要的化工原料，一般由碳氫化合物通過蒸汽裂解或部分氧化製得，產物中通常含有二氧化碳雜質，然而乙炔和二氧化碳具有相同的動力學尺寸（3.3 Å）、極為相近的分子尺寸（乙炔為3.3 × 3.3 × 5.7 Å3，二氧化碳為3.2 × 3.3 ×5.4 Å3）和相似分子極化率（乙炔為33.3×1025 cm3，二氧化碳為29.1×1025 cm3），使得乙炔中二氧化碳的脫除具有挑戰。近日，浙江大學崔希利研究員和邢華斌教授團隊通過對新型磺酸陰離子雜化的超微孔材料的構築及調控，實現了對分子尺寸較大的乙炔的動力學篩分，通過固定床穿透實驗可以一次獲得高純乙炔。

研究中首先製備合成了由銅(II)、異煙酸和1,2-乙基二磺酸構成的新型磺酸陰離子雜化材料ZU-610，由於磺酸作用位點的存在使得ZU-610對乙炔的優先親和性高於二氧化碳。進一步將ZU-610進行合成後熱處理得到孔徑縮小的ZU-610a，儘管ZU-610a的孔徑大小相較於ZU-610略有收縮，但拓撲結構與ZU-610保持一致。有趣的是，經過合成後熱處理收縮孔徑後，乙炔優先吸附的ZU-610被翻轉為了二氧化碳優先吸附材料（ZU-610a）。進一步研究發現，隨着孔徑減小到接近二氧化碳和乙炔的動力學直徑，ZU-610中的熱力學控制的乙炔/二氧化碳分離過程轉變為ZU-610a動力學控制的乙炔/二氧化碳分離過程。

同時，DFT理論模擬計算也表明ZU-610和ZU-610a都具有較低的二氧化碳吸附結合能，從而有利於降低吸附劑的再生能耗。

ZU-610a可高效識別乙炔和二氧化碳的擴散差異，實現乙炔和二氧化碳的動力學篩分，等摩爾濃度混合物動態分離實驗可直接獲得高純度的乙炔氣體，並且具有良好的循環穩定性，該研究為吸附分離用於動力學直徑相似的分離體系提供了一種新思路。