中国教育在线
太原理工大学以第一单位发表Science 李晋平团队实现MOF选择性分离乙烷/乙烯
中国教育在线讯 太原理工大学副校长李晋平教授与美国德州大学圣安东尼奥校区陈邦林、美国国家标准与技术研究所Wei Zhou等团队合作，发现含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强，并实现了在室温和正常压力下的高效分离。这项研究成果发表于顶级学术期刊《Science》正刊。文章标题为：“Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites"。
乙烯是石油化工产业的核心，仅在2016年全世界范围内产量就高达1.7亿吨。其产品占石化产品的70%以上,在国民经济中占有不可忽视的重要地位。而乙烯的工业制备方法往往是通过乙烷高温裂解进行制备的，因此产物往往是乙烷和乙烯的混合物。而要想达到工业标准的乙烯，则纯度需要高达99.95%以上，因此乙烷/乙烯的分离技术十分关键。
工业上常用的是低温蒸馏过程（cryogenic distillation process），但这种蒸馏过程在商业上十分不划算，因为它需要消耗大量的能量。据估算，乙烯成本中大约75%都用在了这一过程当中。因此寻找能量效率更高，成本更低的分离方法就成为一个极其重要的问题。
近年来，以MOF为代表的多孔材料膜在乙烷/乙烯低能耗高选择性分离领域取得了诸多重要进展。这些材料大多对乙烯具有更强的亲和力，然而，由于乙烯量大，乙烷量少，对乙烷的吸附可以使整个膜分离效果更加高效。早在2016年，Cigdem与Seda就运用理论计算讨论了不同类型的MOF对乙烷/乙烯的分离效果（DOI：10.1016/j.ces.2015.09.019），发现MOF是该分离过程一个很好的备选选项。
有鉴于此，研究人员根据前人经验制备出Fe2(O2)(dobdc)这种微孔MOF，中子衍射研究和理论计算研究表明，Fe-超氧位点对乙烷具有优先吸附作用。在室温室压条件下分离乙烷/乙炔混合物，研究人员一次性得到了纯度高达99.99%的乙烯（聚合物级），产量较大，能耗较低。据作者介绍，这是目前为止气体分离制聚合物纯乙烯的最佳材料。
（图一 MOF的结构以及乙烷的吸附位点）
（图二 不同乙烷/乙烯配比下的等温吸附曲线）
（图三 通过实验验证了该MOF对于乙烷的高吸附性）
总之，这项研究为通过吸附位点调控来增强乙烷/乙烯选择性分离提供了全新的思路，进一步推动了MOF在高效、低能耗的工业分离中的实际应用。
李晋平 (Jinping Li)，男，1964年生，山西大宁人，中共党员，工学博士，教授，博士生导师，新世纪百千万人才工程国家级人选，享受国务院政府特殊津贴专家，山西省重点学科应用化学学科带头人。现任太原理工大学副校长，气体能源高效清洁利用山西省重点实验室主任，山西省煤层气高效开采与利用协同创新中心主任，兼任中国能源学会常务理事，国家自然科学基金委化学部会评专家，兼任Chin. J. Chem. Eng.等期刊编委。
李晋平教授多年来主要从事气体能源高效清洁利用的研究，取得了系列开创性研究成果：围绕低浓度煤层气脱氧与除氮的高效富集利用，率先将分子筛引入低浓度煤层气富集领域；开发了变压吸附分离甲烷/氮气装置及相关工艺；利用柔性金属有机骨架材料独特的分子识别效应成功实现了丙烯中低浓度丙炔的高效分离；系统研究了多孔材料的物理吸附储氢，阐明了储氢机理和构效关系；开发了温和条件下光电水解制氢的系列高效的阳极析氧催化剂。
李晋平教授主持国家“863”计划项目、“973”前期研究专项、国家自然科学基金重点及面上项目、山西省煤基产业链煤层气专项子项目、山西省科技攻关项目及山西省省自然科学基金等项目30余项。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表学术论文200余篇，其中SCI收录120余篇，SCI被引2000余次；授权中国发明专利18项。作为主要完成人获得国家技术发明二等奖1项，山西省技术发明一等奖1项，省部级自然科学二等奖3项。先后获得“第九届侯德榜化工科学技术奖-创新奖”、“新世纪学术技术带头人333人才省级人选”、“山西省五一劳动奖章”和“山西省高等学校中青年拔尖创新人才”等荣誉称号。
（责任编辑：王艺坤）
免责声明：
① 凡本站注明“稿件来源：中国教育在线”的所有文字、图片和音视频稿件，版权均属本网所有，任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得转载、链接、转贴或以其他方式复制发表。已经本站协议授权的媒体、网站，在下载使用时必须注明“稿件来源：中国教育在线”，违者本站将依法追究责任。
② 本站注明稿件来源为其他媒体的文/图等稿件均为转载稿，本站转载出于非商业性的教育和科研之目的，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转载稿涉及版权等问题，请作者在两周内速来电或来函联系。