金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类新兴的由次级结构单元与有机配体组装而成的多孔纳米晶体材料。因超高的比表面积,孔道尺寸可调控,易于进行功能化修饰等独特的性质,使其在吸附分离、化学传感、催化和能源转化等方面展现出潜在的应用价值。气体混合物的分离和纯化是化工过程中的重要环节,通过气体分离不仅从混合物中得到纯的化学组分而且可以保护环境。本文从烃类气体和聚烯烃尾气两方面出发,探索了 MOF材料在烃类气体分离和回收方面的应用,主要工作内容如下:1、基于“分子筛分”效应的分离具有超高的选择性,是一种高效的气体分离方法。然而,传统的分子筛吸附剂由于具有恒定的孔径,只能分离特定的气体混合物。在给定的多孔材料中,如何在亚埃尺度上连续微调孔径以高效分离各种气体混合物仍然是一个挑战。本工作中,在MOF骨架的窄瓶颈处引入甲氧基基团,提出并验证了具有精确可控孔径的温度响应“智能分子门”的策略用于分子识别和分离。“智能分子门”的有效孔径大小可以从3.6到5.2(?)连续调控,覆盖具有重要商业价值的气体分子的尺寸范围。因此,具有这种结构的MOF通过控制智能分子门的开度,对多种气体混合物(包括N2/CH4、CH4/C2H4、C2H4/C3H6、C3H6/C3H8和C3H8/i-C4H10)表现出高的选择性。此外,为了验证该方法的实际应用,对室温下C3H6/C3H8的分离性能进行了系统的评价,并发现在室温下C3H6/C3H8具有优异的分离选择性。所提出的“智能分子门”设计策略为开发气体分离智能材料开辟了一条新的途径。2、回收聚丙烯尾气中的丙烯不仅可以有效利用昂贵单体丙烯而且可以减少污染排放。本工作中研究了八种不同拓扑结构的稳定MOF对C3H6/N2的分离性能。结果显示,具有氨基功能位点和微孔结构的Al-MOF CAU-1展现了最高的亨利选择性,且其基于理想吸附溶液理论(IAST)选择性在常压下可达236,超过其他报道的多孔材料。穿透实验的高回收率(≥99%)、良好的再生性能以及在严苛化学条件下的高稳定性表明此材料在实际工业应用中具有巨大的潜力。通过分析证明CAU-1的微孔结构和极性官能团在C3H6/N2的分离中起到了关键的作用,这为设计合成从聚丙烯尾气中回收丙烯的高性能MOF材料提供了指导。3、针对聚烯烃尾气中回收烯烃不仅可以有效利用昂贵单体烯烃而且可以保护环境。基于此,进一步我们研究了三种微孔结构和有高密度不饱和金属位点的MOF材料(MOF-74-M,M=Co,Mg,和Cu)对多种聚烯烃尾气的回收性能。结果显示,MOF-74-Co展现了最高的C3H6/N2和C2H4/N2分离选择性,IAST选择性在常压下分别达到7568和432。与此同时,MOF-74-M展现了优异的循环性能,循环五次后烯烃气体的吸附能力无明显下降。本工作为设计与合成从聚烯烃尾气中回收烯烃的高性能MOF材料提供了参考。