【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)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(tuán)隊(duì)與遼寧師范大學(xué)李國(guó)輝教授團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)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(jì)算揭示了吸附分離過(guò)程中“離子門(mén)”效應(yīng)的新機(jī)制。
 

　　C2H2是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于石油化工和機(jī)械制造等領(lǐng)域。然而，在其生產(chǎn)過(guò)程中往往伴隨有CO2的生成。目前，CO2/C2H2分離主要依賴(lài)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(dòng)力學(xué)尺寸、極化率等十分接近，開(kāi)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(mén)”效應(yīng)的小孔分子篩吸附劑設(shè)計(jì)策略。研究人員以小孔CHA分子篩為研究對(duì)象，基于對(duì)CHA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拆解，設(shè)計(jì)理想的骨架外陽(yáng)離子個(gè)數(shù)及骨架硅鋁比，并通過(guò)精確調(diào)控分子篩的硅鋁比、陽(yáng)離子類(lèi)型及含量等參數(shù)，構(gòu)筑了選擇性識(shí)別吸附CO2分子的K-CHA分子篩，實(shí)現(xiàn)了C2H2的一步高效純化，并利用X-射線(xiàn)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(jì)算表征揭示了K-CHA選擇性吸附分離CO2/C2H2的機(jī)制：CO2擴(kuò)散通過(guò)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(kuò)散通過(guò)K離子占據(jù)的八元環(huán)孔口時(shí)，分子取向及K離子協(xié)同遷移路徑明顯不同。在之前報(bào)道的“離子門(mén)”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(kuò)散通過(guò)，而在本工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)離子與氣體分子會(huì)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(mén)”機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。同時(shí)，該研究為設(shè)計(jì)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(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是中國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。