Angew. Chem. ：超微孔Ni-MOF材料用于煤层气的分离

由于我国油气资源短缺，煤层气成为目前最现实的天然气接替资源。煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是甲烷，是一种与煤共生、以吸附态存储于煤层内的非常规天然气，我国2020年探明的煤层气储量约为4200亿立方米。但我国超过 70%的煤层气在开采时，由于开采技术（井下抽采）的原因混入了大量的空气，导致形成了低浓度的煤层气（甲烷浓度＜30%）而得不到很好的利用，低浓度的煤层气一般直接排放到大气，造成了资源浪费和温室效应。所以现阶段煤层气的分离技术（CH₄与空气的分离）已成为煤层气开发和利用的行业瓶颈问题，是必须攻克的关键节点。

近日，西安交通大学的杨庆远教授团队，利用系列吡啶-羧酸双功能配体，构筑了四种具有不同孔径尺寸和孔化学环境的Ni-MOF材料，实现了煤层气中甲烷和氮气的高效分离。

材料Ni(ina)₂ 除了表现出很高的甲烷吸附容量（40.8 cm³/g, 298K），还具有目前已知最高的甲烷/氮气分离比（15.8）。在孔道表面引入氨基后，Ni(3-ain)₂ 的甲烷吸附量得到进一步的提升（46.7 cm³/g, 298K），这也是目前已知第二高的甲烷吸附容量，但该材料的甲烷/氮气分离比有所降低（9.0），主要原因是该材料对氮气的吸附能力也得到提升。

理论模拟计算和单晶结构解析也表明这两种材料和甲烷分子之间存在较强的作用力，材料可以有效地从甲烷-氮气的混合气体中捕获甲烷，较好地解决了气体分离领域的“trade-off”效应。

重要的是，Ni(ina)₂具有很好的热稳定性和化学稳定性，批量合成的成本也较低（大概160元/千克），是一种理想的固体吸附剂，该工作为工业上煤层气的分离提供了新思路。

论文信息：

Nickel-Based Metal-Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH₄/N₂ Selectivity

Shao-Min Wang, Dr. Mohana Shivanna, Dr. Qing-Yuan Yang

文章的第一作者是西安交通大学的博士生王少敏

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202201017