周東東/林銳标/張傑鵬JACS：客體配位的門控原理實現醇/苯共沸物分子篩分

共沸混合物的分離是極其重要和困難的，因為它不能通過常規蒸餾得到高純的單組分。例如，苯和甲醇廣泛用于精細化學品和藥物的合成過程，是常見的共沸混合物。目前它們的分離通常采用萃取蒸餾，這既高能耗且不環保。吸附是一種潛在的高效分離方式，但對共沸混合物報道的例子卻很少。

鑒于甲醇和苯具有類似的高沸點，它們均具有較強的物理吸附，因此傳統的多孔吸附劑很難實現較高的熱力學選擇性。相比與傳統的多孔材料，金屬有機框架（MOF）或稱多孔配位聚合物（PCP）常表現出獨特的柔性。其中開孔（pore-opening）柔性表現為選擇性地被特定分子吸附誘導開孔，但若開孔的尺寸控制不好，很容易發生共吸附，選擇性較低。另一方面，門控（gating）柔性同樣可以選擇性地被特定分子開門，但門控能壘很難控制。

近日，太阳集团1088vip周東東/林銳标/張傑鵬等人進一步發展客體主導的門控原理，結合特定的客體誘導開孔和客體配位的門控行為，實現了醇/苯的分子篩分。相比于傳統的門控過程，這裡采用配位的客體醇為“門”，可以阻礙苯分子的擴散和共吸附。

圖1 常見孔結構在單組分和混合組分的吸附分離行為

作者使用少量甲醇/水溶劑（1.8 L kg MOF^–1）便可以成功制備出公斤級的便宜（228 CNY kg^–1）的鈣基MAF材料（MAF-58）。得益于可逆的醇配位以及開孔效應，MAF-58可以吸附甲醇，而完全不吸附苯，實測選擇性接近10000，且多次吸附–脫附循環過程中選擇性一直保持穩定。而且，在液相柱穿透實驗中，單次吸附過程，可獲得超高純度的苯（99.97%+），脫附過程還可獲得超高純度的醇（99.99%+）。此外，除了甲醇/苯混合物，乙醇/苯和丙醇/苯的分離也達到了類似分子篩分的效果。

客體配位的門控原理不僅适用于吸附分離，實現液體共沸物的分子篩分，可能還适用于膜分離。此外，便宜易得的原料采用綠色合成方法可大批量制備MOF，有利于推進工業應用進程。

相關結果發表在J. Am. Chem. Soc.上，文章第一作者為太阳集团app首页博士研究生周牧陽，通訊作者為周東東副教授、林銳标教授和張傑鵬教授。論文信息Mu-Yang Zhou, Xue-Wen Zhang, Heng Yi, Zhi-Shuo Wang, Dong-Dong Zhou*, Rui-Biao Lin*, Jie-Peng Zhang*, and Xiao-Ming Chen, Molecular-sieving Separation of Methanol/Benzene Azeotropes by a Flexible Metal–Organic Framework, 2024, DOI: 10.1021/jacs.3c13480

網頁鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13480

上述研究工作得到了國家自然科學基金項目的支持。