金屬-有機框架（MOF）因其可編程的網(wǎng)絡結構和可調(diào)控的孔道環(huán)境已成為創(chuàng)制新型吸附劑材料的理想平臺，但同時也存在潮濕環(huán)境中穩(wěn)定性不佳和吸附效率下降等問題。對于吸附劑的穩(wěn)定性，不僅要求材料在潮濕環(huán)境中能保持其結構完整度和孔隙率，更重要的是能耐受水氣脫附過程中毛細張力對結構的破壞。而造成吸附劑效率下降的一個重要原因是水氣與目標氣體分子的競爭吸附。特別是在高濕度條件下，當孔隙中填充大量水分子后，材料可能完全喪失原本的吸附分離性能。以上問題在煙氣脫硫應用中顯得尤為突出。一是，酸性SO2氣體具有腐蝕性，與水氣混合后，對MOF框架的穩(wěn)定性提出了更高要求；二是，工業(yè)煙氣中僅存有微量SO2(500-3000 ppm)，但包含大量水氣。因此，水氣競爭吸附將嚴重削弱吸附劑的SO2去除效果，并對后續(xù)煙氣處理(如：CO2脫除)造成影響。此外，煙氣中存在的水氣對管道具有一定的腐蝕性，不利于氣體傳輸。 近日，南開大學許健教授團隊基于三蝶烯六酸（H6PET）配體和九核釔簇（Y9）構建了一例具有alb拓撲的高連接MOF（NKU-201-Y），可用于煙氣深度脫硫和高效除濕。該材料在SO2和水氣的吸附-脫附循環(huán)實驗中均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，滿足煙氣脫硫吸附劑的必要條件。值得注意的是，該MOF具有典型的“S型”水吸附行為，室溫時在50% RH以下表現(xiàn)為疏水性，而在60% RH以上展現(xiàn)出較高的水吸附容量（0.56 g g-1）。
在298 K和1 bar條件下，該MOF的SO2吸附量可達12.1 mmol g-1，并對煙氣中其他氣體組分表現(xiàn)出高吸附容量比和選擇性。穿透實驗證實該MOF可從干燥煙氣中捕獲微量SO2(3000 ppm)，并能在相對溫和條件（70 °C）下實現(xiàn)高純度SO2的有效回收。 令人意外的是，該材料的SO2脫除性能幾乎不受濕度變化的影響，在低濕度到高濕度（0%-70% RH）的循環(huán)穿透測試中表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性和不變的SO2穿透時間及動態(tài)吸附量。同時，水氣的穿透時間和吸附量亦不受SO2的影響。原位脫附實驗表明，在穿透過程中，SO2與水氣存在共吸附行為，且水氣吸附量與單組分動力學吸附曲線一致。 單晶X射線衍射結果表明，在該MOF中，SO2和水氣具有各自的吸附域，且二者之間相互隔離。因此，一維限域孔道中填充的水團簇和形成的氫鍵網(wǎng)絡并不妨礙SO2在孔籠中的富集。 論文信息 A Hydrolytically Stable Metal–Organic Framework for Simultaneous Desulfurization and Dehydration of Wet Flue Gas Jing-Jing Pang, Dr. Zhao-Quan Yao, Prof.?Dr. Hong-Liang Huang, Dr. Lin Li, Dr. Quan-Wen Li, Nan Lu, Zi-Han Song, Prof.?Dr. Jian Xu, Prof.?Dr. Xian-He Bu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202421681
