高纯度乙炔(C2H2)是合成化学品最常用的化工原料之一。C2H2主要由碳氢化合物裂解或甲烷部分燃烧产生,与乙烯(C2H4)或二氧化碳(CO2)共存。然而,基于不饱和碳-碳和碳-氧键的结构,它们的分子大小、沸点和电负性非常接近。因此,从含C2H2的混合物(例如C2H2/C2H4,C2H2/CO2)中分离C2H2是一项重要并且具有挑战性的工业分离任务。去除C2H2的主流技术通常依赖于低温精馏或液体吸收剂,具有高能耗和高成本。相比之下,非热驱动的方法,如吸附或膜分离则具有显著的优势。
吸附分离的性能在很大程度上取决于吸附剂的性质。通过金属有机框架(MOFs)以及其他框架型吸附剂,如共价有机框架(COFs,通过共价键组装)和氢键有机框架(HOFs,通过氢键组装),C2H2/C2H4和C2H2/CO2分离取得了显著进展。
这里,作者报道了四唑功能化衍生物ZrT-1-四唑的自下而上的合成。这种同结构同系物由于具有四唑基团,因而相对于其母体金属有机化合物表现出优异的C2H2识别性能,这可通过气体吸附实验、密度泛函理论(DFT)计算、GCMC模拟以及与对照制备的金属有机化合物样品(UiO-66-四唑、Carlo四唑和MIL--四唑)的比较得以证明。结果表明,锆金属有机化合物是一类很有前途的分子多孔材料,在气体分离应用中有很大的潜力。
作者是将溴化二苯醚-四唑和二氯化锆在二甲基乙酰胺和H2O中的一锅法合成了四唑锆晶体(Fig.1a),并通过粉末X射线衍射(PXRD)和高分辨率电喷雾电离质谱(ESI-TOF-MS)的证实。PXRD表明ZrT-1-四唑和ZrT-1-NH2的峰位(模拟和实验)是一致的,表明它们具有相同的骨架结构。
Figure1.(a)StructuralregulationofMOCs(ZrT-1,ZrT-1-NH2,andZrT-1-tetrazol).(b)ESI-TOF-MSspectraofZrT-1-tetrazolinacetonitrile/watersolutionswithvariouspHvalues.
虽然ZrT-1、ZrT-1-NH2和ZrT-1-四唑具有相似的结构和相同的空腔尺寸(7.05?),但孔径尺寸逐渐减小(ZrT-1、ZrT-1-NH2和ZrT-1-四唑分别为4.01、3.73和3.65?),孔表面的极性逐渐增加。该特征表明骨架和气体分子之间的主客体相互作用的逐渐调节,从而促进气体分离。电喷雾飞行时间质谱分析表明,ZrT-1-四唑在乙腈/水溶液中保持稳定,酸碱度在2.0至10.0之间变化。ZrT-1-四氮唑的优异稳定性来源于强Zr-O键,具有广泛的应用前景,包括C2H2的储存和分离。
为了阐明ZrT-1-四唑的孔性质,作者获得了最佳活化多孔样品的气体吸附等温线。N2(77K)吸附测量给出了典型的微孔固体的Ⅰ型等温线。其吸附容量为.1cm3·g-1(1bar,Fig.2a)。利用基于N2吸附等温线的非局域密度泛函理论,计算出布鲁纳-埃米特-泰勒(BET)表面积约为.7m2·g-1。
Figure2.GassorptionandseparationperformanceofZrT-1-tetrazol:(a)N2sorptionisothermsat77K(filledsymbols,adsorption;opensymbols,desorption),theinsertedisporesizedistribution;(b)Single-
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