沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-71用于低浓度生物基2,3-丁二醇/1,3-丙二醇的吸附分离性能

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,生物发酵法生产1,3-丙二醇往往会产生副产物2,3-丁二醇,限制了生物基1,3-丙二醇的进一步工业化应用。1,3-丙二醇与2,3-丁二醇亲水性强,导致其在低浓度发酵液中分离困难。基于2,3-丁二醇比1,3-丙二醇具有长的碳链和大的极化率,本文采用含有―Cl基团(憎水且具有大的极化率)的ZIF-71吸附分离水中低浓度的2,3-丁二醇/1,3-丙二醇。结果表明,ZIF-71对双组分2,3-丁二醇/1,3-丙二醇(50 g/L,50 g/L)中2,3-丁二醇的静态竞争吸附容量为123.6 mg/g,对2,3-丁二醇/1,3-丙二醇分离选择性高达7.6,分离效果优于沸石材料Beta。在3次循环吸附-解吸实验中ZIF-71依旧保持着稳定的结构和对2,3-丁二醇的选择性吸附能力。通过分子模拟,揭示了ZIF-71对1,3-丙二醇和2,3-丁二醇的吸附分离机制。ZIF-71与1,3-丙二醇之间主要通过弱的范德华力作用;而ZIF-71与2,3-丁二醇之间则是通过强的范德华力与弱的氢键协同作用,从而对2,3-丁二醇产生选择性吸附。可以看出,ZIFs材料有望成为选择性吸附分离低浓度副产物2,3-丁二醇的吸附剂,推动生物法制1,3-丙二醇的工业化发展。