C₂烃类的分离是近年来工业分离中最具挑战性的课题之一。开发高效、经济、节能的工艺是C₂烃分离的发展方向。吸附分离因其效率高、成本低，是解决这一问题的有效途径之一。然而C₂H₄生产过程需要高温，而低温吸附分离过程造成能源浪费。因此，在高温下达到C₂烃类混合物的分离将更加节能，高效。到目前为止，尝试在高温下进行C₂烃类混合物分离的例子很少，而且分离温度较低。因此，开发用于C₂烃类气体混合物高温分离的多孔材料至关重要。

近日，宁波大学的张祯歆教授、李砚硕教授设计了一种基于ε-Keggin金属氧簇与金属离子连接的金属氧化物分子筛。由于材料的结构主要由金属氧八面体组成所以可以命名为Zeolitic Octahedral Metal Oxides（ZOMOs）。该材料的结构在亚原子尺度的可调节性。通过调节结构，该材料对C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂的表现出不同吸附性能，具有较高的理想溶液吸附理论(IAST)选择性。ZOMOs与C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂具有较强且有差异的相互作用，因此可以在高温下对C₂烃类进行分离。

动态竞争吸附实验表明，该材料能有效分离C₂二元混合物甚至三元混合物，且具有较高的选择性。当温度提高到85℃时，材料仍能保持良好的分离性能。

DFT计算模拟吸附后的能量变化趋势与根据实验计算的吸附焓的变化趋势一致，这证明了材料与C₂气体分子之间吸附焓的差异和强相互作用是实现高温下实现气体吸附分离性能的关键。

最后，基于ɛ-Keggin金属氧簇的ZOMOs具有超小微孔，孔隙可以在亚原子尺度通过改变材料的阳离子和结点金属得到调整，从而达到分离C₂烃类，因此在C₂烃类混合物的分离特别是高温分离中显示出很大的应用潜力。

论文信息：

Zeolitic Octahedral Metal Oxides with Ultra-Small Micropores for C₂ Hydrocarbon Separation

Jie Wang, Qianqian Zhu, Zhenxin Zhang*, Masahiro Sadakane, Yanshuo Li*, Wataru Ueda

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202106625