分離和純化是化工領域的關鍵過程，而具有相似物理性質的氣體混合物的分離是重難點之一！傳統的氣體分離主要采用2種技術：
1）蒸餾：需要對氣體混合物進行反復的蒸發和冷凝。
2）液體吸附：需要對大量惰性溶劑進行冷卻和加熱大量。
這些傳統的分離工藝能耗巨大，往往能得到整個生產工藝能耗的一半甚至更多。
最新的氣體分離技術采用固體分離媒介，能耗更低。固體吸附技術的根本在于先進的固體吸附劑或者膜材料，這些固體吸附材料一般是孔徑小于0.5 nm，內部孔比表面積大于300 m2 g-1的多孔材料。
固體吸附劑在對混合氣體的物理吸附過程中，同時實現高吸附容量和高選擇性實非易事，從而導致分離效率不理想。為了提高分離效率，研究人員一方面通過內表面修飾，來提高吸附容量；另一方面，通過孔尺寸的控制，來提高選擇性。其中，晶態MOF材料孔道結構和尺寸可控，具有高選擇性和高吸附容量的特性，在提高工業氣體混合物的分離效果，降低能耗方面，展示了很好的應用前景。
有鑒于此，Science最近同期報道了Cadiau和Cui等人分別利用MOF實現丙烯和乙炔選擇性分離的2項最新成果！
圖1. 兩種MOF材料分別選擇性分離丙烯和乙炔示意圖
一、從丙烷和丙烯混合物中選擇性分離丙烯！
尺寸決定
Cadiau等人報道了一種化學穩定的氟化MOF：KAUST-7。Ni（II）-對二氮苯方格層和(NbOF5)2–柱構成三維MOF結構，收縮的正方形通道內含氟陽離子進行周期性排列。體積較大的(NbOF5)2–起到防止對二氮苯自由旋轉的作用，從而固定孔的整體結構，并將孔徑減小在到0.3 nm。正是這種固定的孔形狀和大小，把丙烷拒之門外，實現了在常壓下從丙烷和丙烯混合物中選擇性分離丙烯。
圖2. KAUST-7結構
圖3. 選擇性分離丙烯性能
二、從乙炔和乙烯混合物中選擇性分離乙炔！
結合力決定
Cui等人報道了一種基于Cu的MOF，帶有六氟硅酸鹽有機配體(SiF6)2–。 (SiF6)2–具有強堿性，而乙炔比乙烯酸性強很多，通過主體-客體之間氫鍵作用和范德華力和客體-客體之間相互作用的協同，這種MOF材料對乙炔有高度選擇性親和力。每個孔可吸附4個乙炔分子，成功實現乙炔分離。吸附量高達 2.1 mmol g-1（0.025 bar），選擇性高達39.7~44.8。
圖4. Cu-MOF結構
圖5. 選擇性分離乙炔性能
這兩項工作為MOF材料在吸附和分離領域開辟了新的方向，但是，要想被工業界認可，至少還需要完善以下工作：
1）材料的穩定性，是否能經受工業應用。
2）吸附動力學，尤其是高吸附量時的情況。
3）造粒會對吸附性能造成多大影響？
4）制備分離膜。
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3. Jerry Y. S. Lin. Molecular sieves for gas separation. Science, 2016, 353, 121-122.
