碳氢化合物的高效分离是可持续石油化工品开发的核心要求。膜技术可以为各种分离过程提供一种高能效和高性价比的方法。基于周期性多孔材料的多晶薄膜- MOFs，因其具有精确控制的孔径大小且不容易受到塑化的影响，成为此类分离过程的理想候选材料。然而，MOFs基薄膜存在结构不稳定性，以及在较高进料压力下严重降低的选择性等问题，使其在工业相关条件下的大规模应用受到极大阻碍。

有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi教授等人，报告了一种通用的电化学定向组装策略，成功制备出用于碳氢化合物高效分离的多晶金属-有机骨架薄膜。

本文要点

1）通过电化学策略来控制配体的脱质子和交换过程，从而实现多核簇MOFs的无缺陷薄膜层可控组装，制备了一系列基于具有不同配体的 12 连接稀土或锆六核簇的面心立方金属-有机骨架膜。

2）特别地，所合成的基于富马酸盐(fum)的膜（Zr-fum-fcu-MOF和Y-fum-fcu-MOF）包含收缩型的三角形孔作为孔系统的唯一入口，能够实现丙烯/丙烷（C₃H₆/C₃H₈）和丁烷/异丁烷(nC₄/iC₄)混合物的分子筛高效分离。

3）将进料压力增加到 7 atm 的工业实用值，促进了总通量和分离选择性的提高。工艺设计分析表明，与传统的单一蒸馏工艺相比，对于丙烯/丙烷分离，这种采用面心立方富马酸锆基金属-有机骨架薄膜的混合膜蒸馏系统在分离丙烯/丙烷工艺中，可以将能量输入降低近90%，将成本降低约67%。

总之，该工作提出的电化学定向组装策略为大规模生产MOFs膜提供了优异前景，使其更接近实际应用。

参考文献：

Zhou, S., Shekhah, O., Jia, J. et al. Electrochemical synthesis of continuous metal–organic framework membranes for separation of hydrocarbons. Nat Energy (2021).

DOI: 10.1038/s41560-021-00881-y

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00881-y