郝广平、陆安慧等：丙烯/丙烷的高效分离

摘

要

多孔碳吸附能力与选择性之间的权衡效应严重阻碍了C₃H₆/C₃H₈的快速高效分离。在这里，我们报道了一种新型的多孔碳纳米板(CNP)，其特点是其超薄厚度约为8 nm，并具有易于获得的超微孔(约5.0 Å)。材料的超薄特性使得气体分子可以很容易进入内部的传输通道，并且超微孔放大了C₃H₆和C₃H₈分子之间扩散行为的差异，确保了显著的C₃H₆/C₃H₈分离性能。在连续的动态循环中，CNPs在298 K下的C₃H₆容量高达3.03 mmol g^-1，优于目前最先进的多孔碳材料，甚至多孔晶体材料。特别是CNPs具有较快的气体扩散率，是传统活性炭的1000倍。这项研究为解决其他类型吸附剂材料的选择性-容量权衡提供了一个有前途的设计原则。

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标题：Beyond the Selectivity-Capacity Trade-Off: Ultrathin CarbonNanoplates with Easily Accessible Ultramicropores for HighEfficiency Propylene/Propane Separation

作者：大连理工大学 郝广平、陆安慧等

期刊：Nano Letters

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01930

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图1.(a) PNP-40的SEM图像。粉末形态CNP-3的SEM图像(b)和平板基底上的SEM图像(c)。(d) CNP-3的TEM图像和(e)所选红色区域的HRTEM图像。(f) CNP-1 到CNP-3的微孔径分布。插图:273 K时对应的CO₂吸附等温线(g) C₃H₆在CNP-3上的选择性和D/r 2的比较，以及文献中在类似条件下测试的其他可用基准

图2.(a) CNPs在77 K时N₂吸附等温线测定的SBET (b) XRD谱图。(c) CNPs的拉曼光谱和(d) C1s反卷积核能级光谱。(e) C₃H₆和C₃H₈在298 K时的吸附动力学曲线(f) CNP-3的D/r²线性接头;插图显示了D/r²的值

图3.298 K时C₃H₆和C₃H₈对(a) CNP-1、(b) CNP-2和(c) CNP-3的吸附等温线。(d) C₃H₆和C₃H₈对CNP-3的吸附量和C₃H₆/C₃H₈与报道的吸附剂对CNP-3的吸附量比较。19、23、25、27、31、34、36、37、40、44 46、48 (e) C₃H₆和C₃H₈的超微孔比与计算得到的D/r²的关系。(f)超微孔比与计算的选择性之间的关系

图4. CNP-3的分离性能。(a)突破曲线和(b) C₃H₆和C₃H₈混合物在298 K和1.0 bar下的循环试验。(c) 298 K真空条件下C₃H₆的吸附-解吸循环及再生。(d)C₃H₆的突破曲线比较CNP-3和精选的商用碳分子筛。(e) CNP-3对不同组分的选择性的定性比较(f) CH4/C₃H₆/C₃H₈三元混合物(5/25/70 v%)在298 K和1.0 bar下的突破曲线。

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