【摘 要】
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常规的烯烃/烷烃冷冻加压精馏分离过程具有高能耗和低效率的特点,吸附分离技术可以在温和条件下高效纯化烯烃分子而在烯烃/烷烃分离领域展现出广阔应用前景.本工作采用高通量
【机 构】
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武汉理工大学化学化工与生命科学学院 武汉430070;广州大学化学化工学院 广州510006;郑州大学材料科学与工程学院 郑州450002
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常规的烯烃/烷烃冷冻加压精馏分离过程具有高能耗和低效率的特点,吸附分离技术可以在温和条件下高效纯化烯烃分子而在烯烃/烷烃分离领域展现出广阔应用前景.本工作采用高通量筛选技术从12723个真实金属-有机骨架(MOF)材料中筛选具有优异C4烯烃混合物选择性吸附性能的吸附剂,用于1,3-丁二烯的分离纯化.首先,根据MOF材料的结构参数进行筛选获得了7681个具有合适孔径和比表面积的吸附剂.然后,采用分子力学方法计算出上述吸附剂的力学性能,以UIO-66力学性能为阈值得到959个结构稳定的候选MOF材料.接下来采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法模拟出298 K、0.1 MPa下五元等摩尔C4烯烃混合物在不同候选MOFs中的选择性吸附行为,根据候选MOFs对1,3-丁二烯的吸附性能分值(APS)进行排序,得到具有最佳吸附分离性能的8种MOF材料.通过定量构效关系、吸附等温线及理想吸附溶液理论等揭示了高吸附分离性能MOFs的结构特征,利用穿透曲线模拟进一步验证了填充最优吸附剂RIGPEE01的固定床能够有效分离2-顺式丁烯/1,3-丁二烯双组分混合物.最后,通过径向分布函数和结合能计算分析,确定RIGPEE01对1,3-丁二烯产生优先吸附的机理主要归因于Cu(Ⅰ)强吸附位点、π键耦合效应和尺寸筛分效应.本工作提出的高通量筛选方法以及从分子尺度理解MOF材料应用于烯烃分离机制的视角,为进一步开发烯烃/烷烃混合物分离的新型吸附剂奠定了理论基础.
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