包括丙烯（C₃H₆）和乙烯（C₂H₄）在内的轻质烯烃是现代化学制造业的基石，也是石化行业产量和需求量最大的原材料，2023年全球总产量超过3亿吨。烃类裂解和甲醇制烯烃（MTO）反应是目前制备C₂H₄和C₃H₆的重要工艺，其中烃类裂解的主要杂质是乙烷（C₂H₆），MTO反应的主要产物含有C₃H₆和C₂H₄。因此乙烯纯化和丙烯回收在高纯烯烃原料的制备中至关重要。目前在气体分离领域崭露头角的MOF材料在规模化生产、原料成本、分离性能等方面仍存在巨大挑战。

针对上述挑战，近日西北大学侯磊教授、王尧宇教授课题组报道了一种在低成本和易于大规模生产的稳定金属-氮唑-羧酸框架材料（MAC-4）中构建氮/氧原子修饰的非极性孔隙环境，用于高效乙烯纯化和丙烯回收。MAC-4不仅在常温常压下表现出高的C₃H₆（127 cm³ g^-1）、C₂H₆（107 cm³ g^-1）吸附容量和优异的C₂H₆/C₂H₄（1.9）、C₃H₆/C₂H₄（10.9）选择性，而且在353 K较高温度下仍然显示出优异的吸附选择性能（吸附量：C₃H₆ 108 cm³ g^-1，C₂H₆ 56 cm³ g^-1；选择性：C₂H₆/C₂H₄ 1.7，C₃H₆/C₂H₄ 8.6）。理论计算结合红外光谱表明，非极性孔道中的丰富氮/氧位点可以有效地结合C₂H₆和C₃H₆分子，然而与C₂H₄分子的结合相对较弱，导致对C₂H₆和C₃H₆的明显优先吸附。

穿透实验和穿透模拟均证实了MAC-4在273-353 K的宽温度范围内对C₃H₆/C₂H₄和C₂H₆/C₂H₄二元混合物甚至C₃H₆/C₂H₆/C₂H₄三元混合物的优异分离性能。例如，MAC-4在353 K下从C₂H₆/C₂H₄、C₃H₆/C₂H₄和C₃H₆/C₂H₆/C₂H₄混合物中直接分离出8.2、64.5和5.9 L kg^-1的高纯度（≥99.9%）C₂H₄产品，而在298 K对应的C₂H₄产量为23.6、94.3和18.9 L kg^-1。通过简单的惰性气体吹扫，还可以从吸附C₃H₆/C₂H₄和C₃H₆/C₂H₆/C₂H₄混合物后的MAC-4中回收得到高纯度（≥99.5%）C₃H₆产品。例如，298 K下，从C₃H₆/C₂H₆/C₂H₄混合物中获得的C₂H₄（≥99.9%）和C3H6（≥99.5%）的产量分别为27.4和36.2 L kg^-1。同时，MAC-4表现出湿度稳定性，并且使用回流方法在3小时内从廉价易得的原料即可实现MAC-4的十克级合成。

本研究不仅提供了一种在MOFs中设计具有氮/氧原子修饰的非极性孔环境策略，以实现高效乙烯纯化和丙烯回收，而且为开发兼具高分离性能、稳定性、低成本和可扩展合成的MOFs吸附剂提供了重要依据。