相乗的分離メカニズムを介したスルホン酸機能化された金属有機フレームワークにおける1段階のブタジエン精製

複雑な混合物から特定の分子を認識できる多孔質材料は、現在のエネルギー集約的な多段階分離プロセスを改善する上で大きな可能性があります。ただし、混合物の非常に類似した構造と特性のため、望ましい多孔質材料の設計は依然として困難です。ここでは、適切な細孔サイズと細孔化学を備えたスルホン酸機能化された金属有機フレームワークZu-609が、複雑なC4混合物からの1,3-ブタジエン（C4H6）精製のために設計されています。チャネルで装飾されたスルホン酸アニオンは、C-h⋅⋅O-S相互作用を介して微妙な極性の違いを持つ他のC4オレフィンからのC4H6の選択的認識を実現し、記録されたC4H6/Trans-2-C4H8選択性を提供します（4.4）。一方、適切な細孔サイズ（4.6Å）のチャネルの縮んだ口は、より大きな分子CIS-2-C4H8、ISO-C4H8、N-C4H10、ISO-C4H10に除外効果を示します。スルホン酸アニオンによって示される中程度のC4オレフィン結合親和性の恩恵を受けると、吸着されたC4H6は周囲条件の近くで簡単に再生できます。ポリマーグレードの1,3-ブタジエン（99.5％）は、最初に1つの吸着吸着サイクルを介して7成分C4混合物から得られます。この研究は、複雑な混合物を扱う際のサイズシーと熱力学的に平衡の相乗的認識の大きな可能性を示しています。

Porous materials that could recognize specific molecules from complex mixtures are of great potential in improving the current energy-intensive multistep separation processes. However, due to the highly similar structures and properties of the mixtures, the design of desired porous materials remains challenging. Herein, a sulfonate-functionalized metal-organic framework ZU-609 with suitable pore size and pore chemistry is designed for 1,3-butadiene (C4H6) purification from complex C4 mixtures. The sulfonate anions decorated in the channel achieve selective recognition of C4H6 from other C4 olefins with subtle polarity differences through C-H⋅⋅⋅O-S interactions, affording recorded C4H6/trans-2-C4H8 selectivity (4.4). Meanwhile, the shrunken mouth of the channel with a suitable pore size (4.6 Å) exhibits exclusion effect to the larger molecules cis-2-C4H8, iso-C4H8, n-C4H10 and iso-C4H10. Benefiting from the moderate C4 olefins binding affinity exhibited by sulfonate anions, the adsorbed C4H6 could be easily regenerated near ambient conditions. Polymer-grade 1,3-butadiene (99.5 %) is firstly obtained from 7-component C4 mixtures via one adsorption-desorption cycle. The work demonstrates the great potential of synergistic recognition of size-sieving and thermodynamically equilibrium in dealing with complex mixtures.