Quá trình chuyển đổi C2H6 thành C2H4 là một bước quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Tuy nhiên, việc tách C2H4 tinh khiết từ hỗn hợp C2H6/C2H4 vẫn là một thách thức lớn. Bài viết này trình bày một vật liệu mới, Azole-Th-1, một khung hữu cơ kim loại (MOF) có khả năng hấp phụ và tách C2H6 và C2H4 hiệu quả.
Azole-Th-1 được tổng hợp từ phản ứng giữa ligand TBA và Th(NO3)4 trong DMF. Cấu trúc tinh thể của Azole-Th-1 tương tự như UiO-66, thuộc nhóm không gian lập phương Fm3m.
Azole-Th-1 có độ ổn định nhiệt và hóa học cao. Phân tích nhiệt trọng lượng (TG) cho thấy sự mất mát của các phân tử dung môi bị mắc kẹt trước 75 °C. Cấu trúc tinh thể bắt đầu sụp đổ ở khoảng 250 °C. Thử nghiệm PXRD cho thấy tinh thể Azole-Th-1 có độ ổn định tuyệt vời trong nước và các dung môi hữu cơ khác nhau, thậm chí sau 30 ngày.
Azole-Th-1 thể hiện diện tích bề mặt BET là 983 m2 g−1 và kích thước lỗ xốp đồng nhất khoảng 9.2 Å. Các изотерм hấp phụ đơn cấu tử của C2H6 và C2H4 được thu thập ở 298 K và 273 K. Azole-Th-1 có ái lực cao hơn đối với C2H6 so với C2H4.
Mô phỏng đột phá cho thấy khả năng sản xuất C2H4 tinh khiết trong khoảng thời gian Δτ. Các thí nghiệm đột phá động thực tế cho thấy Azole-Th-1 ưu tiên hấp phụ ethane hơn ethylene. Thời gian đột phá dài giữa C2H4 và C2H6 cho thấy hiệu quả của Azole-Th-1 trong việc tách C2H6/C2H4.
Mô phỏng GCMC cho thấy C2H6 có ba vùng hấp phụ chính trong Azole-Th-1: vùng benzen, vùng dị vòng tetrazol và vùng carboxylat. Các tính toán DFT cho thấy sự tương tác giữa C2H6 và các mô hình phân đoạn mạnh hơn so với C2H4.
Azole-Th-1 cũng có thể được sử dụng để tách hỗn hợp ba thành phần C2H6/C2H2/C2H4. C2H4 đạt được đột phá đầu tiên, không có bằng chứng về dòng chảy C2H2 hoặc C2H6 trước khi đột phá, cho thấy vật liệu này có thể tạo ra C2H4 có độ tinh khiết cao (>99.9%) sau một thao tác đột phá duy nhất.
Tóm lại, Azole-Th-1 là một vật liệu MOF đầy hứa hẹn cho việc tách C2H6 và C2H4 hiệu quả, có tiềm năng lớn trong công nghiệp hóa chất.
