太原理工大学李晋平教授课题组：Li-聚三嗪酰亚胺复合物用于丙烷丙烯选择性分离
导读
丙烷/丙烯分离是化学工业中一个重要的、具有挑战性的高能耗过程。同时具有较高的选择性和吸附量的吸附剂用于变压吸附分离技术，有望替代传统的高耗能烯烃/烷烃低温蒸馏分离技术。近日，太原理工大学李晋平教授课题组在Green Energy & Environment期刊发表了题为“Selective adsorption of propene over propane on Li-decorated poly (triazine imide)”的论文，该工作提出通过不饱和配位金属的络合效应提升吸附剂对丙烯的选择性吸附，同时结合超薄聚三嗪酰亚胺纳米片作为吸附剂的稳定性和快速吸附平衡等特点，以达到丙烯/丙烷高效低能耗分离。
烯烃/烷烃的分离，被列为“改变世界的七种化学分离”之一，属于国际前沿研究课题。丙烯是石化工业中最重要的烯烃之一，丙烯、丙烷相近的物化性质，使该混合气的分离面临巨大的挑战，工业上一般采用精馏方法实现分离，但操作能耗巨大。变压吸附分离技术（PSA）具有能耗低和设备简单等优势，成为倍受关注的新型气体分离提纯技术。开发具有高选择性和吸附容量的吸附剂以实现PSA高效吸附分离是当前的科学前沿问题。
配位不饱和金属位点在烯烃对烷烃的选择性吸附中起着至关重要的作用。超薄聚三嗪酰亚胺纳米片由于其较大的表面积与体积比，可以达到快速的气体吸附平衡。在本工作中，结合配位不饱和金属位点和聚三嗪酰亚胺纳米片的优点，将Li 配位不饱和金属位点引入聚三嗪酰亚胺纳米片中以进行C3H6/C3H8分离。密度泛函理论计算证明了将Li 配位不饱和金属位点掺入聚三嗪酰亚胺纳米片的热力学可行性。这些高度暴露的Li 配位不饱和金属位点对C3H6的吸附亲和力高于C3H8。
图1. 结构优化后的Li-聚三嗪酰亚胺复合物。
图2. 丙烯（a）和丙烷（b）在Li-聚三嗪酰亚胺复合物上的稳定吸附构型。
使用密度泛函衍生的力场参数，进一步进行了经典的蒙特卡洛模拟，以研究C3H6 / C3H8在具有不同孔径的Li-聚三嗪酰亚胺复合物狭缝模型上的吸附。发现，Li-聚三嗪酰亚胺复合物在相关条件下显示出相当高的C3H6/C3H8选择性（4.2~7.9）。此外，Li-聚三嗪酰亚胺复合物狭缝孔具有较大的C3H6工作容量（1.5~4.0 mmol g-1），优于已报道的大多数吸附材料。具有狭缝孔结构的Li-聚三嗪酰亚胺复合物有望作为优异的C3H6 / C3H8分离材料。
图3. 目前报道的用于C3H6 / C3H8吸附分离的吸附剂性能参数对比。
本文以“Selective adsorption of propene over propane on Li-decorated poly (triazine imide)”为题发表在Green Energy & Environment期刊，通讯作者为太原理工大学李晋平教授和李立博教授。
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https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.10.001
李晋平
李晋平，工学博士，太原理工大学教授，博士生导师。现任太原理工大学党委副书记，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。多年来主要从事气体能源高效清洁利用的研究，先后在Science, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊发表学术论文260余篇；授权中国发明专利20余项。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”、“新世纪百千万人才工程国家级人选”，“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。
李立博
李立博，太原理工大学教授，博士生导师。国家优秀青年基金获得者，“三晋英才”拔尖骨干人才，山西省青年拔尖人才。长期从事新型多孔材料制备、功能化及能源气体分离与纯化方面的研究。相关研究结果以第一（共一）/通讯作者在Science、Nature Materials、Nature Chemistry，J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Advance Materials、AICHE. J.等国际著名期刊发表学术论文38篇，获授权国家发明专利8项。荣获2021年中国化工学会科学技术奖(基础研究成果)二等奖(1/5)，2019年山西省科学技术(自然科学)一等奖(2/5)，2019年山西省高等学校优秀成果(科学技术)一等奖(1/4)，中国化学会青年化学奖，侯德榜化工科学技术青年奖，中国分子筛新秀奖等。
撰稿：原文作者
编辑：GEE编辑部
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