丙烯是世界上第二大烯烃原料，在其生产过程通常会产生副产品丙烷，严重影响着下游产品的质量。由于丙烯和丙烷具有相似的物理性质，包括动力学直径、沸点和极化性等，这使得它们的分离变得复杂，因此如何高效分离丙烯和丙烷已成为化学工业中的一项关键挑战。金属有机框架（MOFs）具有一系列独特的优势，如高比表面积和多孔性、可设计的孔结构和功能性等。基于这些优势，MOFs 可通过精确的结构调控实现丙烯/丙烷的选择性分离，为解决传统吸附剂所面临的问题和挑战开辟了一条新途径。

本研究以柔性 MOF 的设计和性能优化为重点，设计合成了一种基于三氮唑（TRZ）和9,10-蒽二羧酸（ADC）双配体组合的Zn基柔性MOF。在Zn-ADC-TRZ中，Zn 原子和 TRZ 配体通过配位键结合成一维链状结构，并通过TRZ连接进一步延伸成二维Zn-TRZ 层，而相邻层由ADC配体进行支撑，最终形成了三维（3D）柱层结构。对Zn-ADC-TRZ的丙烯/丙烷吸附分离特性进行的系统研究揭示了与温度相关的结构动态。研究发现，随着温度的升高，Zn-ADC-TRZ的孔隙结构会因热反应而发生动态调整，从而有效调节气体的吸附量和开启压力。这表明，在不同的气体分压条件下，可以通过温度调节达到最佳分离效果。实验表明，Zn-ADC-TRZ对丙烯的吸附容量在298 K和100 kPa条件下达到53 m³·g^–1，对丙烷的吸附容量为28 m³·g^–1。随着温度的升高，丙烯和丙烷的吸附差异逐渐明显，吸附比在313 K时达到最大值。动态穿透实验验证了温度调节在提高丙烯/丙烷分离性能方面的关键作用。这一结果通过突破实验进一步得到验证，实验表明在较高温度下分离性能更优，分离时间在313 K时达到28 min·g^–1。该研究通过综合孔隙吸附表征、动态渗透分析和 GCMC 模拟，阐明了柔性 MOF 对丙烯/丙烷混合物的分离机理，为开发低能耗烯烃分离材料提供了新的启示。

图1  Zn²⁺、TRZ和ADC组装成Zn–TRZ片层结构的示意图，以及该结构三维多孔架构的多视角可视化展示。

图2  (a) 所合成的Zn–ADC–TRZ的PXRD图谱。(b) Zn–ADC–TRZ的TGA曲线。 (c) 77 K下N₂吸附/脱附等温线和273 K下CO₂吸附/脱附等温线。(d) 活化后Zn–ADC–TRZ的PXRD图谱。(e) Zn–ADC–TRZ活化前后孔腔结构的变化。

图3  (a)-(d) 298、303、313、323 K下Zn–ADC–TRZ对C₃H₆和C₃H₈的吸附与脱附等温线。(e) 在50 kPa压力下，四种温度下C₃H₆和C₃H₈吸附容量的差异。(f) 不同温度下Zn–ADC–TRZ的性能比较。

图4  GCMC模拟结果显示(a) C₃H₆和(b) C₃H₈的优先吸附位点。

图5  C₃H₆/C₃H₈混合物在Zn–ADC–TRZ上的穿透曲线，分别在(a) 298 K和(b) 313 K下测得。

陈杨：太原理工大学研究员，博士生导师。从事多孔材料的制备、功能化及气体吸附分离研究。在J Am Chem Soc、Adv Mater、Nat Commun、Engineering、AIChE J等期刊发表论文50余篇，获授权国家发明专利10余项。承担国家优秀青年科学基金、山西省优秀青年基金等项目8项。获山西省自然科学一等奖、煤炭学会煤炭青年科技优博奖、山西省优秀博士学位论文等。《化工学报》《化工进展》青年编委。

李立博：太原理工大学教授，博士生导师。主要从事分子辨识分离材料开发及气体分离研究。在Science、 Nat Mater、 Nat Chem、 Nat Commun、 J Am Chem Soc、 Angew Chem IntEd 等期刊发表论文100余篇，获授权国家发明专利20余项。主持国家自然科学基金(优青、面上)、国家重点研发计划课题、山西省煤层气联合基金等项目。获中国石化联合会技术发明一等奖1项，山西省自然科学一等奖2项，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。《化工进展》《石油学报(石油加工)》编委，Chin Chem Lett青年编委。

李晋平：太原理工大学教授，博士生导师，中国化工学会会士，怀柔实验室山西研究院副院长。长期致力于化工分离科学与工程的研究，包括CH₄/N₂高效分离吸附剂创制与变压吸附分离技术、低碳烃分离材料与技术、氢能制储等研究。主持国家“863计划”、国家自然科学基金重大、重点项目，山西省煤基产业链煤层气专项、山西省科技攻关项目等30余项。在Science、Nat Commun、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Adv Mater 等期刊发表学术论文600余篇，被引17000余次，入选全球前2%顶尖科学家榜单；授权国家发明专利70余项。获国家技术发明二等奖1项、中国石化联合会技术发明一等奖1项、山西省自然科学一等奖2项、技术发明一等奖1项，省部级科技奖励二等奖6项，侯德榜化工科学技术奖“成就奖”。煤及煤层气绿色清洁开发利用省部共建协同创新中心主任；兼任Chin J Chem Eng和《过程工程学报》期刊编委和《煤炭转化》期刊主编。