暨南大学融媒体中心讯 近日，国际顶级学术期刊《Chem》在线发表了暨南大学曾恒/陆伟刚/李丹团队的最新研究成−Direct production ofo-xylene from six-component BTEXs using a channel-pore interconnected metal-organic framework。化学与材料学院博士后谢小静为论文的第一作者，该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省重大基础与应用基础计划、广东省基础与应用基础研究基金、中央基础研究基金、中国博士后科学基金和暨南大学等项目的支持。
苯衍生物的分离被认为是改变世界的七种关键化学分离技术之一。苯及其衍生物，包括苯（Bz）、甲苯（Tol）、乙苯（EB）、对二甲苯（pX）、邻二甲苯（oX）和间二甲苯（mX），统称为BTEXs，属于重要的石化工业原料，广泛应用于聚合物、塑料、纤维和燃料添加剂等化学品的生产。其中，用于邻苯二甲酸酐制造的oX市场规模在2025年预计超过43亿美元。当前，工业上采用分馏法从BTEXs中分离oX，但该方法需要大量的理论塔板数（>150）和高回流比才能获得高纯度的oX，这个过程耗能巨大，设备结构复杂，且资本投入高昂。基于多孔材料的吸附分离技术因其低能耗、高效率、操作简便及成本较低，被视为一种可替代的分离方法。而金属有机框架（Metal−Organic Frameworks，简称MOFs）作为一类由有机配体和金属离子通过配位键自组装形成的晶态多孔材料，因其具备高度可调的孔形状、孔尺寸及表面化学性质，被认为是应用于复杂碳氢化合物分离的理想吸附剂。尽管目前已有众多研究报道了MOFs材料在分离oX与其他C8异构体方面的潜力，但由于BTEXs各组分的物化性质相似，构建能够在多组分体系中实现单一组分高选择性分离的MOFs材料仍然面临巨大挑战。
邻二甲苯在工业分馏和吸附萃取过程的对比示意图
暨南大学曾恒/陆伟刚/李丹研究团队构筑了一种具有通道-大孔互连结构的金属有机框架（JNU-2），该材料在通道-大孔连接处具备精确控制的孔径（7.4×7.4 Ų）。该孔径大于mX（7.1 Å）、pX（6.7 Å）、EB（6.7 Å）、Tol（6.0 Å）和Bz（5.8 Å）的动力学直径，但与oX的动力学直径（7.4 Å）相当（图2A和2B）。单组分吸附测试结果显示，JNU-2能完全排除oX，同时吸附大量其他BTEXs分子（图2C）。与基准材料如沸石ZSM-5和Co-MOF-74相比，JNU-2对其他苯同系物展现出更快的扩散速率，表明其通道-孔互连结构具备优异的传质效率，满足工业生产对高效传质的需求。该团队随后开展了一系列实验室规模的动态蒸气穿透实验，结果显示该材料可从三种不同的苯系物混合物中高效分离出纯度超过99.5%的oX（图2D）。此外，在室温条件下的六组分液相萃取实验进一步验证了其从BTEXs混合物中高效提纯oX的卓越能力（图2E和2F）。同时，JNU-2展现出优异的化学稳定性和可重复利用性，突显其在节能型oX分离领域的工业应用潜力。
成果示意图
Chem是Cell Press旗下的旗舰刊，是Cell的姊妹期刊，影响因子19.1。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.10.006
责编：常凯丽