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新材料让丙烯丙烷高纯分离又快又准

文章来源：中国科学报更新时间：2023-12-20 15:15:42

本报讯（记者崔雪芹）浙江大学教授邢华斌、研究员杨立峰团队研发出一种新型阴离子功能化多孔材料ZU-609，可通过调控孔口大小和孔腔尺寸，实现丙烯丙烷的精准筛分与高丙烯扩散速率。这对于丙烯的低碳分离具有积极影响。相关研究成果近日在线发表于《科学》。

丙烯是世界上产量最大的化工品之一，也是重要的基础化工原料。在工业生产中，丙烯与丙烷总是在一起，而且大小非常接近，两者分子尺寸差异仅为0.4埃，相当于百分之四个纳米，因此，丙烯与丙烷的精准快速分离极具挑战性。

分子筛分是实现尺寸相似物质高选择性识别的关键机理。其基本原理就是仅允许尺寸比吸附剂孔口小的分子进入孔道，尺寸大的分子被阻挡。

“为了提高烯烃通过速率，工业中常用高温‘驱赶’气体快点‘跑’。”邢华斌说，但这种方式降低了吸附剂的工作容量，增加了分离过程能耗，不利于工业大规模推广。因此，如何在有限空间里实现物质快速传递，即化学工程的“限域扩散传质”，一直是前沿研究问题。

为了让分离过程更快，研究团队采用“两头小中间大”的筛分孔道，在孔道的进口和出口分别设置“隔离墩”来阻挡丙烷分子。丙烯进入后，能快速通过“中间宽”的孔道，扩散系数相比之前的分子筛材料提高了1到2个数量级。通过ZU-609分子筛，研究人员可从等摩尔丙烯丙烷混合气中分离得到99.97%纯度丙烯。同时，分子筛材料表现出优异的脱附再生能力，常温下通过氮气吹扫或抽真空减压就可以实现材料完全再生。

“我们研制的新型分子筛，既能快速拉住通过其中的丙烯分子，也能快速‘放手’，这为高效低碳分离丙烯奠定了基础。”杨立峰说，变压吸附计算结果表明，ZU-609丙烯分离能耗是之前报道的分子筛材料的1/2，丙烯生产效率提高2倍。

“我们的研究为微孔扩散传质强化这一化学工程核心问题提供了新思路。”邢华斌介绍，这有利于超高纯电子化学品的国产化制备。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abn8418

《中国科学报》 (2023-12-20 第1版要闻)

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