KAUST最新Nature Energy：MOF膜最新成果！
近日，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）Mohamed Eddaoudi（通讯作者）等人报道了一种通用的电化学定向组装策略，并利用该策略制备了用于分离烃类化合物的多晶金属有机骨架（fum-MOF）膜。作者制备了一系列面心立方金属有机骨架（fcu-MOF）膜，该膜基于12个连接的稀土或锆（Zr）六核簇合物，并具有不同的配体。特别是，合成的富马酸盐基膜包含收缩的三角形孔，作为孔系统的唯一入口，可以实现丙烯/丙烷（C3H6/C3H8）和丁烷/异丁烷（nC4/iC4）混合物的分子筛分离。值得注意的是，将进料压力提高到7 atm的工业实用值时，促进了总通量和分离选择性的理想增强。通过工艺设计分析表明，对于C3H6/C3H8的分离，在混合膜蒸馏系统中应用此类fcu-富马酸Zr基MOF膜，对比传统的单一蒸馏工艺，可将能量输入降低近90%。研究成果以题为“Electrochemical synthesis of continuous metal-organic framework membranes for separation of hydrocarbons”发布在国际著名期刊Nature Energy上。
图一、fcu-MOF的等距化和fcu-MOF膜的设计合成
（a）六核团簇的三种不同表示；
（b）增强的fcu-net；
（c）三角形窗口作为客体分子和分子筛分的唯一入口的示意图；
（d）三种常见的调节fcu-MOF孔径大小的策略；
（e）自上而下的MBBs隔离，用于结构分析和自下而上的每个MBB重新组装，以在外部电流下获得连续的、良好共生的多晶层；
（f-g）合成连续RE-fcu-MOF和Zr-fcu-MOF膜的最佳条件。
图二、探索的fcu-MOF膜的SEM和XRD图像
（a）使用稀释（5 mM）簇溶液时，Y-fum-fcu-MOF层的顶视图形态；
（b-e）当配体与簇比为4：1、5.6：1、8：1和9：1，固定簇浓度为15 mM时，Y-fum-fcu-MOF层的顶视图形态；
（f）配体与簇比为5.6：1的Y-fum-fcu-MOF膜的横截面形态；
（g）使用不同条件获得的Y-fum-fcu-MOF层的XRD图；
（h-o）其他八种fcu-MOF膜的俯视图和横截面SEM图像：Zr-fum-fcu-MOF膜、Y-mes-fcu-MOF膜、Zr-mes-fcu-MOF膜、Y-tpa-fcu-MOF膜、Zr-tpa-fcu-MOF膜。
图三、fcu-MOF膜的气体分离性能
（a-b）Zr-fum-fcu-MOF膜和Y-fum-fcu-MOF膜对C3H6/C3H8和nC4/iC4等摩尔混合物的分离性能；
（c）根据玻尔兹曼分布在298 K处C3H8的三种不同构象异构体的百分比；
（d）Zr-fum-fcu-MOF膜和Y-fum-fcu-MOF膜的单一气体渗透。
图四、Zr-fum-fcu-MOF膜在实际条件下的C3H6/C3H8分离性能
（a）在进料压力为1-7 atm下，Zr-fum-fcu-MOF膜的C3H6/C3H8混合气体分离性能；
（b）当进料压力超过1 atm时，C3H6/C3H8分离因子发生变化和百分比变化；
（c）对三个独立的膜进行重复，C3H6/C3H8等摩尔混合物分离因子和Zr-fum-fcu-MOF膜的C3H6通量；
（d）Zr-fum-fcu-MOF膜在连续运行期间的长期稳定性测量。
图五、总结比较蒸馏和混合膜蒸馏系统的技术经济性
（a）两个系统在7和15 bar下的能源和动力消耗量；
（b）两个系统在7 bar时的效用成本分布；
（d）在7 bar压力下，评估两种系统中每吨丙烯的纯化成本。