近日，我室徐云鹏研究员、刘中民院士团队在空气分离研究中取得新进展。LTA型分子筛（A型分子筛）是目前广泛使用的选择性吸附氮气的空分材料。本研究发现，通过调节分子筛的硅铝比和离子交换处理，可以实现A型分子筛上氮氧吸附选择性的反转，从而获得选择性吸附氧气的A型分子筛材料。

以氮氧分离为主的空气分离一直被人们所关注，而在空分中选择性吸附O₂不仅可以用于制备纯N₂，还可以提高分离得到的O₂的纯度并且提高分离效率。分子筛作为最常用的吸附剂之一，具有均匀的孔径、较高的水热稳定性和结构稳定性，但由于骨架内部存在电场使其通常对四极矩较高的N₂有选择性的吸附，如商业上的空分吸附剂LiLSX等。目前，已有报道的分子筛上实现O₂选择性吸附的方法一般是利用化学气相沉积（CVD）、化学液相沉积（CLD）以及对分子筛外表面进行离子交换和改性等方法，通过调节分子筛孔径来降低N₂的动力学扩散以选择性地吸附O₂。利用非动力学因素在分子筛上实现比N₂更高的O₂吸附量依然十分困难。

此次研究发现，LTA分子筛吸附N₂和O₂的量与其硅铝比密切相关。298K下的氮氧单组份吸附等温线表明，随着LTA硅铝比的增加伴随而来的骨架电场的减弱，N₂的吸附量随之减少，而高硅LTA与低硅LTA相比却具有更高的O₂吸附量，这在其它分子筛中并未被发现。进一步通过离子交换和煅烧后得到了氢型高硅LTA样品，其N₂吸附量进一步降低而O₂吸附量依然保持很高的数值，最终实现了O₂的选择性吸附（100kPa时S_O2/N2=1.32）。理论计算结果表明，O₂与高硅LTA骨架片段的结合能力强于N₂。这些质子化的高硅LTA分子筛在O₂选择性空气分离中显示出了一定的潜力。

本工作通过调控LTA分子筛硅铝比和阳离子类型，在分子筛上实现了非动力学因素选择性吸附O₂，同时也展示了以分子筛为基础作为氧选择性吸附剂的新思路。

相关研究成果发表在《化学通讯》(Chem. Comm.)上。上述研究工作得到国家自然科学基金的资助。（供稿：刘汉邦）

Oxygen-selective adsorption on high-silica LTA zeolite. Hanbang Liu, Danhua Yuan, Guangye Liu, Jiacheng Xing, Zhongmin Liu, Yunpeng Xu*, Chem. Commun., 56(75):11130-11133, 2020.