全硅沸石分子筛选择性分离煤基C8环己烷异构体：分子模拟与实验验证的整合研究

本研究通过整合巨正则蒙特卡洛模拟（GCMC）、密度泛函理论（DFT）计算与动态穿透实验，系统阐明了全硅沸石（BEA、MFI、MOR）对煤基C8环己烷异构体的分离机制。Beta沸石凭借其三维12元环通道结构，实现了对乙基环己烷（ECH）和二甲苯环己烷异构体（DCH）的高效分离（分辨率因子达3.74），为煤焦油高值化利用提供了理论依据与材料设计策略。

　　

亮点

材料

三种全硅沸石骨架——Beta（BEA拓扑）、ZSM-5（MFI拓扑）和丝光沸石（MOR拓扑）购自上海卓悦环保新材料有限公司。标准C8环己烷异构体包括：顺式-1,3-二甲基环己烷（cis-1,3-DCH, 99.0%）、反式-1,3-二甲基环己烷（trans-1,3-DCH, 95%）、顺式-1,2-二甲基环己烷（cis-1,2-DCH, >98.0%）、反式-1,2-二甲基环己烷（trans-1,2-DCH, >99.0%）以及乙基环己烷（ECH, ≥99.0%）。

C8环己烷模型的构建

针对ECH/DCH分离的选择性吸附剂设计，需要从分子层面深入理解其性质差异。分离性能受三种基本机制单独或协同调控：（1）热力学选择性：源于主客体间优先相互作用（π络合、偶极-诱导偶极力）；（2）动力学选择性：由几何限域作用下晶体内部扩散速率的差异所驱动；（3）分子筛分效应：通过精确的孔径控制实现尺寸排阻。值得注意的是，C8环己烷异构体作为非极性分子，其与吸附剂的相互作用主要依赖范德华力，这使得纯热力学机制难以实现高效分离。此外，各组分间动力学直径差异不足0.7?，对孔径工程提出了极高要求，使得简单的分子筛分策略难以实施。

结论

本研究通过整合分子模拟与实验验证，系统探讨了全硅沸石在煤焦油加氢所得C8环己烷异构体选择性分离中的应用。评估了三种沸石骨架（BEA、MFI、MOR），其中Beta沸石凭借其三维12元环通道结构和更大的介孔体积，展现出卓越的分离性能。GCMC模拟精准预测了吸附等温线（偏差<4%），与动态穿透实验和脉冲色谱分析结果高度吻合。分子机制分析表明，分离选择性源于几何兼容性、晶内扩散动力学与范德华作用在Beta沸石通道内的协同 interplay。ECH的线性乙基取代基产生空间位阻，通过降低扩散速率延长了保留时间。本研究为设计针对环烷烃异构体分离的高效吸附剂建立了基础的结构-性能关系，并通过微孔材料工程为煤焦油高值化提供了理论指导。