碳氫化合物的分離，尤其是部分輕烴的分離被稱為可以改變世界的七大化學分離技術之一。輕烴作為重要的化工原料，每年消耗量巨大且逐年增加，為了獲得滿足工業生產純度的輕烴組分需要對不同組分進行分離，由于輕烴不同組分間物理、化學性質相近，分離困難，傳統的方法是通過熱驅動過程(如低溫蒸餾)完成的，但這一過程成本高且需消耗大量能源。相比之下，利用多孔固體材料對碳氫化合物進行分離在減少能耗降低成本方面都具備一定優勢，具有極大的應用前景。MOFs材料由于具有結構多樣，孔徑大小/形狀可調、表面易官能化等優點在碳氫化合物分離方面具有較好的應用潛力。根據分離機制，可將氣體分離分為熱力學分離、動力學分離以及分子篩分三類。熱力學分離是基于吸附質與吸附劑吸附親和力的不同，且吸附過程中沒有明顯的擴散限制，熱力學分離是最常見的一種分離機制，但是其選擇性通常比較低；動力學分離是基于吸附劑對不同組分吸附速率的不同進行分離；分子篩分，即一個或多個吸附質被吸附，而其它吸附質被完全排除，這種分離機制擁有最高的分離選擇性和分離效率，被認為是最理想的分離方式。分子篩分也可以看做是動力學分離的一種極端情況。相比之下，分子篩分由于對吸附劑的孔結構有嚴格要求，因此并不多見。本篇綜述對正構烷烴、烷烴異構體、烷烴/烯烴/炔烴和C8烷基芳烴等碳氫化合物分離的最新進展進行了總結，重點介紹了基于分子篩分機制的分離。對材料設計策略、“量身定制”MOFs的結構、材料結構與性能間的關系進行了闡述。此外，作者對這一重要研究領域存在的挑戰和未來可能的發展方向進行了討論。
雖然碳原子數不同的正構烷烴動力學直徑十分相近，但其長度不同，因此，對于籠狀或節段式孔隙，每個籠或節段可以容納較短的烷烴，但不容納較長的烷烴，能夠高效地分離具有不同碳原子數的正構烷烴。Cu(Hfipbb)具有獨特的一維通道，具有交替的直徑較大的腔室和直徑較小的窗口，可吸附C原子數小于4的正構烷烴，而將C原子數大于4的正構烷烴被排除在外。Zn2(sdc)2(bpe)能夠切分碳原子數大于2 和小于等于2的正構烷烴。具有柔性的Mn(ina)2可選擇性的排除C原子數大≥4的正構烷烴。由于乙炔和乙烯分子尺寸的不同(動力學直徑：乙炔3.3 ?，乙烯4.2 ?)，精確控制MOF孔徑有望實現兩者的完全篩分。UTSA-100一維孔道的孔徑為3.96 ?，UTSA-200的孔道直徑為3.4 ?，這兩種材料的孔道尺寸都介于乙炔和乙烯分子的動力學直徑之間，因此可對乙炔/乙烯進行完全篩分。 M-gallate (M = Ni, Mg, Co)系列的結構具有三維互連的鋸齒形通道，孔徑大小在3.47-3.69 ?之間，明顯小于乙烯和乙烷的動力學直徑，然而該系列材料的孔徑略大于乙烯分子的最小截面尺寸(3.28×4.18 ?)，但小于乙烷分子的最小截面尺寸(3.81×4.08 ?)，可通過分子截面大小的差異化來分離這兩種氣體。UTSA-280具有一維圓柱孔道，孔道的橫截面積為14.4 ?2，介于乙烯(13.7 ?2)和乙烷(15.5 ?2)的最小橫截面積之間，同樣能夠完全分離這兩種氣體。KAUST-7 （NbOFFIVE-1-Ni）的結構是將SIFSIX-3-Ni用新型柱(NbO5)2?代替了無機柱(SiF6)2?，這一替換保留了原始的立方拓撲結構，且使材料的孔徑減小至3.0-4.8 ?，該結構是由（NbOF5)2?做為支柱支撐Ni(II)-吡嗪正方形網格層形成的微孔三維框架，方形通道的氟離子呈周期性排列。KAUST-7的合適的孔徑可以實現丙烯/丙烷的完全篩分。通過將Zr-abtc中的無機簇Zr6八面體替換為Y6八面體得到的Y-abtc具有ftw拓撲結構，由于孔道內存在平衡陽離子，減小了孔道的有效尺寸，從而可將丙烯/丙烷進行完全分離。
烷烴異構體的分離，尤其是C5-C7烷烴異構體的分離，是獲得高辛烷值汽油調和組份的關鍵。RE-fcu-MOF與具有fcu拓撲結構的鋯基MOF非常相似，它們具有相似的SBU和連接方式，但鋯基MOF是中性框架, 而RE-fcu-MOF具有陰離子骨架，孔內有平衡的陽離子。其中Y-fum的窗口直徑為4.7 ?，處于C5-C7的直鏈烷烴異構體和單支鏈烷烴異構體的動力學直徑之間，可通過分子篩分將烷烴異構體分離。Zr-bptc也是一種具有ftw拓撲結構的材料，其窗口孔徑約為4.5 ?，因此，Zr-bptc只吸附直鏈烷烴，不吸附支鏈烷烴，且其對正己烷的吸附量在150℃高達13 wt%。Ca(H2tcpb)是具有一維孔道的三維結構，孔道尺寸約為5.5 ?，接近單支鏈烷烴的動力學直徑，由于具有柔性，該材料在30℃對直鏈、單支鏈、雙支鏈烷烴都有吸附，在60℃只吸附直鏈和單支鏈烷烴，在120℃只吸附直鏈烷烴，因此可通過控制溫度的方式，得到高純的直鏈、單支鏈、雙支鏈烷烴組分。Al-bttotb是一種具有一維通道的剛性MOF，孔道尺寸約為5.6 ?，與單支鏈烷烴的動力學直徑相當，在室溫下，該材料可快速的吸附直鏈和單支鏈烷烴，完全不吸附雙支鏈烷烴。JUC-77具有菱形的通道，對二甲苯的飽和吸附量為32wt%，但在相同條件下完全排除了鄰二甲苯和間二甲苯。MAF-41是一種柔性骨架，在客體分子吸附和去除過程中經歷了“開孔狀態”和“閉孔狀態”之間的可逆結構轉變，MAF-41在298K時對苯乙烯的飽和吸附量較高，而對乙苯、甲苯和苯的吸附量可以忽略不計，這是因為，乙苯分子尺寸大于MAF-41在“開孔狀態”時的孔徑，MAF-41之所以不吸附甲苯和苯是由于雖然它們的分子尺寸小于MOF在“開孔狀態”的孔徑，但它們的吸附作用力不足以誘導開孔。在這篇綜述中，作者綜述了開發具有最佳孔結構的MOFs用于工業上重要的烴類分離的最新進展，特別是基于分子篩分機制的分離。MOF材料的分離性能優于傳統吸附劑，這是因為它們在孔徑大小、孔道形狀和表面功能化等方面具有可調性。此外，網筑化學原理已經成為在亞埃尺度上指導MOF的結構設計和孔隙率調整的有力工具。盡管MOFs在分離工業小分子氣體領域已經取得了一系列重要進展，但仍然在材料的穩定性、分離性能、以及大規模合成和降低成本方面需做出改進。
研之成理
