浙大/石化院Angew:優(yōu)化金屬有機(jī)框架材料吸脫附性能實(shí)現(xiàn)乙烯高效純化
發(fā)布日期:2023-09-27 來源:貝士德儀器
近日,,浙江大學(xué)邢華斌教授課題組和中國石油石油化工研究院龔奇菡?qǐng)F(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種新型超微孔金屬有機(jī)框架材料ZU-901,,其具有突出的乙烯/乙烷分離性能且易溫和再生,,通過綠色水相合成方法,,ZU-901可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)且產(chǎn)率高達(dá)99%,,并在酸堿溶液及長周期實(shí)驗(yàn)中均能保持穩(wěn)定的性能,有望應(yīng)用于烯烴/烷烴變壓吸附分離工藝,,突破目前烯烴/烷烴精餾分離能耗高的技術(shù)瓶頸,。
烯烴/烷烴分離是石油化工領(lǐng)域關(guān)鍵分離過程。目前烯烴烷烴分離主要通過深冷精餾技術(shù)進(jìn)行分離,,由于烯烴烷烴沸點(diǎn)接近,、分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)相近,精餾存在能耗高,、物耗大等不足,,僅烯烴烷烴分離能耗就占到全球總能耗的0.3%,開發(fā)高效節(jié)能的吸附分離技術(shù)具有重要意義,。
吸附劑作為吸附分離技術(shù)的核心,,滿足高效變壓吸附過程要求吸附劑至少同時(shí)滿足以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn):
(1)吸附劑具有高烯烴工作容量和烯烴/烷烴吸附劑選擇參數(shù);
(2)吸附劑容易再生,,能夠滿足變壓吸附工藝快速的吸脫附過程,;
(3)吸附劑具有良好的穩(wěn)定性和雜質(zhì)耐受性,特別是水分,,能夠滿足長周期運(yùn)行要求,;
(4)吸附劑容易放大,且具有工業(yè)適用的成本,;設(shè)計(jì)制備同時(shí)滿足上述條件的烯烴/烷烴吸附劑一直是烯烴/烷烴分離領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn),。
(1)基于配體工程,通過協(xié)同調(diào)控孔徑/孔化學(xué)環(huán)境和框架動(dòng)態(tài)柔性,,設(shè)計(jì)了一種新型乙烯/乙烷分離吸附劑ZU-901,,其具有理想的“S”型乙烯吸附等溫線,無滯后環(huán)的解吸曲線,,以及可忽略的乙烷吸附量,表現(xiàn)出高的乙烯/乙烷吸附劑選擇參數(shù)和低乙烯吸附熱,。
(2)ZU-901可以通過綠色水相合成工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)?;苽?,通過母液循環(huán)收率達(dá)到99%;同時(shí)ZU-901具有良好的酸堿穩(wěn)定性,,在50次循環(huán)穿透實(shí)驗(yàn)過程中性能保持穩(wěn)定,,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
(3)模擬了以ZU-901為吸附劑的雙塔變壓吸附分離工藝,,過程可得到聚合物級(jí)乙烯(99.51%),;在相同乙烯收率和純度情況下,變壓吸附過程能耗僅為傳統(tǒng)精餾過程的1/10,,展示了吸附分離技術(shù)良好的潛力,。
以柔性CPL系列材料為原型,其典型結(jié)構(gòu)為Cu與2,3-吡嗪二羧酸配位形成二維層狀結(jié)構(gòu),,再通過吡嗪衍生的配體作為柱撐體連接相鄰的層狀結(jié)構(gòu)形成三維框架,。通過推測(cè),控制客體分子進(jìn)入的孔徑大小和孔道化學(xué)環(huán)境可以通過柱撐配體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào),,從而改變吸附曲線的形狀,。根據(jù)這一思路,設(shè)計(jì)合成了由甲基吡嗪作為柱撐體的ZU-901,,理想的“S”型乙烯吸附等溫線賦予了ZU-901高吸附劑選擇參數(shù)(65)和低乙烯吸附熱(24.85 kJ mol-1),,通過簡(jiǎn)單的抽真空或惰性氣體吹掃即可實(shí)現(xiàn)ZU-901的快速溫和再生。使用市售的工業(yè)級(jí)原料,,ZU-901可以放大到百克級(jí)別,,收率為99%,成本較低,。此外,,ZU-901在酸、堿溶液,、空氣和水中均能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,,在連續(xù)50次循環(huán)穿透實(shí)驗(yàn)中,ZU-901的分離性能沒有下降,。簡(jiǎn)化的雙塔變壓吸附工藝計(jì)算表明ZU-901具有良好的分離潛力,,在10.2 kg h-1的處理能力下,可以得到純度高達(dá)99.51%聚合級(jí)乙烯,,能耗僅為模擬的精餾過程的1/10,。
本研究工作提供了一種新型的超微孔吸附劑ZU-901用于乙烯/乙烷的分離。通過對(duì)孔徑尺寸和骨架的動(dòng)態(tài)性質(zhì)調(diào)控,,ZU-901表現(xiàn)出“S”型乙烯吸附曲線,,同時(shí)賦予材料高乙烯工作容量和易再生能力,,可以實(shí)現(xiàn)高效的乙烯乙烷變壓吸附分離過程。研究凸顯了吸脫附曲線形狀控制在強(qiáng)化吸附劑分離性能上的重要性,。同時(shí),,ZU-901易于大規(guī)模生產(chǎn),成本低,,為其潛在的工業(yè)應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。該工作也為烯烴/烷烴吸附分離技術(shù)的潛在工業(yè)應(yīng)用提供了支撐,將促進(jìn)吸附分離技術(shù)可持續(xù)發(fā)展,。
這一成果近期發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 10.1002/anie.202218027)上,,文章的第一作者是浙江大學(xué)博士生喻聰和碩士生郭正東,浙江大學(xué)楊立峰博士,、邢華斌教授和中國石油何盛寶教授級(jí)高級(jí)工程師為共同通訊作者,,中國石油石油化工研究院的龔奇菡、張上和薄雅文為共同作者,。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202218027
貝士德 吸附表征 全系列測(cè)試方案
1,、填寫《在線送樣單》
2、測(cè)樣,、送檢咨詢:楊老師13810512843(同微信)
浙大/石化院Angew:優(yōu)化金屬有機(jī)框架材料吸脫附性能實(shí)現(xiàn)乙烯高效純化
發(fā)布日期:2023-09-27 來源:貝士德儀器
近日,,浙江大學(xué)邢華斌教授課題組和中國石油石油化工研究院龔奇菡?qǐng)F(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種新型超微孔金屬有機(jī)框架材料ZU-901,,其具有突出的乙烯/乙烷分離性能且易溫和再生,通過綠色水相合成方法,,ZU-901可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)且產(chǎn)率高達(dá)99%,,并在酸堿溶液及長周期實(shí)驗(yàn)中均能保持穩(wěn)定的性能,有望應(yīng)用于烯烴/烷烴變壓吸附分離工藝,,突破目前烯烴/烷烴精餾分離能耗高的技術(shù)瓶頸,。
烯烴/烷烴分離是石油化工領(lǐng)域關(guān)鍵分離過程。目前烯烴烷烴分離主要通過深冷精餾技術(shù)進(jìn)行分離,,由于烯烴烷烴沸點(diǎn)接近,、分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)相近,精餾存在能耗高,、物耗大等不足,,僅烯烴烷烴分離能耗就占到全球總能耗的0.3%,開發(fā)高效節(jié)能的吸附分離技術(shù)具有重要意義。
吸附劑作為吸附分離技術(shù)的核心,,滿足高效變壓吸附過程要求吸附劑至少同時(shí)滿足以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn):
(1)吸附劑具有高烯烴工作容量和烯烴/烷烴吸附劑選擇參數(shù),;
(2)吸附劑容易再生,能夠滿足變壓吸附工藝快速的吸脫附過程,;
(3)吸附劑具有良好的穩(wěn)定性和雜質(zhì)耐受性,特別是水分,,能夠滿足長周期運(yùn)行要求,;
(4)吸附劑容易放大,且具有工業(yè)適用的成本,;設(shè)計(jì)制備同時(shí)滿足上述條件的烯烴/烷烴吸附劑一直是烯烴/烷烴分離領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn),。
(1)基于配體工程,通過協(xié)同調(diào)控孔徑/孔化學(xué)環(huán)境和框架動(dòng)態(tài)柔性,,設(shè)計(jì)了一種新型乙烯/乙烷分離吸附劑ZU-901,,其具有理想的“S”型乙烯吸附等溫線,無滯后環(huán)的解吸曲線,,以及可忽略的乙烷吸附量,,表現(xiàn)出高的乙烯/乙烷吸附劑選擇參數(shù)和低乙烯吸附熱。
(2)ZU-901可以通過綠色水相合成工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)?;苽?,通過母液循環(huán)收率達(dá)到99%;同時(shí)ZU-901具有良好的酸堿穩(wěn)定性,,在50次循環(huán)穿透實(shí)驗(yàn)過程中性能保持穩(wěn)定,,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
(3)模擬了以ZU-901為吸附劑的雙塔變壓吸附分離工藝,,過程可得到聚合物級(jí)乙烯(99.51%),;在相同乙烯收率和純度情況下,變壓吸附過程能耗僅為傳統(tǒng)精餾過程的1/10,,展示了吸附分離技術(shù)良好的潛力,。
以柔性CPL系列材料為原型,其典型結(jié)構(gòu)為Cu與2,3-吡嗪二羧酸配位形成二維層狀結(jié)構(gòu),,再通過吡嗪衍生的配體作為柱撐體連接相鄰的層狀結(jié)構(gòu)形成三維框架,。通過推測(cè),控制客體分子進(jìn)入的孔徑大小和孔道化學(xué)環(huán)境可以通過柱撐配體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào),,從而改變吸附曲線的形狀,。根據(jù)這一思路,設(shè)計(jì)合成了由甲基吡嗪作為柱撐體的ZU-901,,理想的“S”型乙烯吸附等溫線賦予了ZU-901高吸附劑選擇參數(shù)(65)和低乙烯吸附熱(24.85 kJ mol-1),,通過簡(jiǎn)單的抽真空或惰性氣體吹掃即可實(shí)現(xiàn)ZU-901的快速溫和再生。使用市售的工業(yè)級(jí)原料,ZU-901可以放大到百克級(jí)別,,收率為99%,,成本較低。此外,,ZU-901在酸,、堿溶液、空氣和水中均能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,,在連續(xù)50次循環(huán)穿透實(shí)驗(yàn)中,,ZU-901的分離性能沒有下降。簡(jiǎn)化的雙塔變壓吸附工藝計(jì)算表明ZU-901具有良好的分離潛力,,在10.2 kg h-1的處理能力下,,可以得到純度高達(dá)99.51%聚合級(jí)乙烯,能耗僅為模擬的精餾過程的1/10,。
本研究工作提供了一種新型的超微孔吸附劑ZU-901用于乙烯/乙烷的分離,。通過對(duì)孔徑尺寸和骨架的動(dòng)態(tài)性質(zhì)調(diào)控,ZU-901表現(xiàn)出“S”型乙烯吸附曲線,,同時(shí)賦予材料高乙烯工作容量和易再生能力,,可以實(shí)現(xiàn)高效的乙烯乙烷變壓吸附分離過程。研究凸顯了吸脫附曲線形狀控制在強(qiáng)化吸附劑分離性能上的重要性,。同時(shí),,ZU-901易于大規(guī)模生產(chǎn),成本低,,為其潛在的工業(yè)應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。該工作也為烯烴/烷烴吸附分離技術(shù)的潛在工業(yè)應(yīng)用提供了支撐,將促進(jìn)吸附分離技術(shù)可持續(xù)發(fā)展,。
這一成果近期發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 10.1002/anie.202218027)上,,文章的第一作者是浙江大學(xué)博士生喻聰和碩士生郭正東,浙江大學(xué)楊立峰博士,、邢華斌教授和中國石油何盛寶教授級(jí)高級(jí)工程師為共同通訊作者,,中國石油石油化工研究院的龔奇菡、張上和薄雅文為共同作者,。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202218027
貝士德 吸附表征 全系列測(cè)試方案
1,、填寫《在線送樣單》
2、測(cè)樣,、送檢咨詢:楊老師13810512843(同微信)