ZIFs椭圆形孔窗的精细调控及糠醛/5-羟甲基糠醛吸附分离性能研究

• 作者: 赵宇 石琪 董晋湘
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 沸石咪唑酯骨架材料 糠醛 5-羟甲基糠醛 吸附 分离 回收
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 分离工程
• 页码范围: 555-568
• 页数: 13页
• 分类号: TQ028.3
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20201071

摘要

在生物质催化炼制呋喃化合物的过程中，通常得到的是低浓度糠醛（Fur）和5-羟甲基糠醛（5-HMF）的混合物。基于Fur和5-HMF都是椭圆形分子，因此通过设计构筑和调控椭圆形孔窗的吸附剂可以实现Fur和5-HMF的筛分分离。选用二价钴盐和三种烷基取代基团逐渐增大的咪唑配体（2-乙基咪唑/2-eIm、2-丙基咪唑/2-pIm和2-丁基咪唑/2-bIm）合成了三种椭圆形孔窗尺寸逐渐减小的ANA拓扑ZIFs材料：ANA-[Co(eIm)2]、ANA-[Co(pIm)2]和ANA-[Co(bIm)2]。首先解析了这三种ZIFs材料的晶体结构，并对其进行了PXRD、水蒸气吸附、N2吸脱附和SEM等基本表征，然后采用静态吸附和动态柱吸附研究了这三种材料对Fur和5-HMF的吸附分离性能。静态吸附、单组分动态柱吸附以及综合速率模型模拟计算结果显示：ANA-[Co(pIm)2]狭窄的椭圆形孔窗与Fur分子尺寸接近，但小于5-HMF，使得Fur分子可以吸附进入椭圆形孔窗，而5-HMF分子几乎不能通过。进一步在双组分Fur/5-HMF（5%/5%，质量分数）动态柱吸附中，ANA-[Co(pIm)2]对Fur的吸附量为91.7 mg·g-1，不吸附5-HMF。因此，通过改变咪唑配体取代基团精细调控ZIFs椭圆形孔窗尺寸，并利用ZIFs椭圆形孔窗的位阻效应实现了Fur和5-HMF的筛分分离。