吸附是重要的化工分离过程，对于工业生产具有重要意义。通常，理想的吸附分离方式是希望能够实现不同气体分子的筛分，提供高的分离选择性，同时优先吸附混合气体中含量较低的组分，减少吸附剂的用量，降低吸附柱尺寸。然而，当待分离的混合气体中高含量的气体分子尺寸比低含量的气体分子的分子尺寸小时，该理想的分离效果难以实现，因为传统的分子筛分效应往往筛分尺寸较大的分子，而吸附尺寸较小的分子。

最近，浙江大学杨启炜研究员（点击查看介绍）与邢华斌教授（点击查看介绍）合作报道了一种“反向筛分”策略，实现了大尺寸分子的优先吸附，同时排阻小尺寸分子，为氙气氪气的分离纯化提供了一种技术方案。氙气（Xe）与氪气（Kr）是国民经济中重要的稀有气体，价格昂贵，用于照明显示、电子芯片、卫星医疗、建筑门窗等行业。氙氪在空气中浓度极低，主要来源于大型空气分离装置的副产物，其含有20％ Xe（动力学直径：4.10Å）和80％Kr（动力学直径：3.69Å）。该团队通过设计无机阴离子和金属离子，进而调控孔径和孔化学结构，构建了一种具有高密度阴离子和灵敏的柔性孔窗口的双功能吸附剂ZU-62，首次实现了对高含量小尺寸Kr的排阻，而吸附低含量大尺寸的Xe，达到了创纪录的Xe /Kr分离选择性（43.29）和超高Xe吸附容量（4.95 mmol/g, 273 K 和 1bar）。单晶X射线衍射（XRD）实验对Xe/Kr的吸附行为进行了进一步的表征和解析，结果表明具有高极化率的Xe与框架表现出强相互作用力，能够诱导框架发生适应性变化，从而被吸附，而极化率较低的Kr受限于较低的相互作用而被排阻（273K, 90 kPa）。将材料应用于实际的分离过程（Xe/Kr, V/V= 20/80）之中，固定床动态穿透实验获得了高纯度Kr（> 99.9％）的创纪录生产率（206 mL / g），通过解吸，同时获得了高纯度Xe（> 99.9％）。该材料可反复利用且具有很好的水稳定性。

这项研究成果表明了可精细调控的柔性多孔材料在气体分离领域的独特优势，不仅为氙气氪气的高效分离与节能降耗提供了潜在解决方法，也为其他类似分离体系的材料设计提供了思路。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 期刊上，并被遴选为VIP文章。此研究工作的第一作者为浙江大学博士生王青菊，通讯作者为杨启炜研究员和邢华斌教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Separation of Xe from Kr with record selectivity and productivity in anion-pillared ultramicroporous materials by inverse size-sieving effect

Qingju Wang, Tian Ke, Lifeng Yang, Zhaoqiang Zhang, Xili Cui, Zongbi Bao, Qilong Ren, Qiwei Yang, Huabin Xing

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201913245

导师介绍

杨启炜

https://www.x-mol.com/university/faculty/21752

邢华斌

https://www.x-mol.com/university/faculty/21729

（本稿件来自Wiley）