中新網杭州12月15日電 (童笑雨 柯溢能 吳雅蘭)12月15日，記者從浙江大學獲悉，該校科研團隊研發出一種新型陰離子功能化多孔材料ZU-609，通過調控孔口大小和孔腔尺寸，實現了丙烯、丙烷的精准篩分與高丙烯擴散速率。

據悉，相關論文於北京時間2023年12月15日以“First Release”形式在線發表在國際頂級期刊《科學》。

丙烯是世界上產量最大的化工品之一，也是重要的基礎化工原料。然而在工業生產中，因丙烯與丙烷隻有兩個氫原子的差別，且大小也非常接近，很難簡單分離。《自然》雜志曾指出，發展高效節能的烯烴/烷烴分離技術被譽為七項可以改變世界的化工分離過程之一。

基於此，浙江大學化學工程與生物工程學院、杭州國際科創中心邢華斌教授、楊立峰研究員團隊開始技術攻關。

分子篩分是實現尺寸相似物質高選擇性識別的關鍵機理。其基本原理就是僅允許尺寸比吸附劑孔口小的分子進入孔道，尺寸大的分子被阻擋。

理論很完美，現實很殘酷。由於狹窄的孔道會限制分子在內部的擴散，分子篩分材料長期以來面臨著擴散傳質差、吸附容量低、脫附難度大等問題，從而嚴重影響分離效率。

“為了提高烯烴通過速率，工業中常用高溫來‘驅趕’氣體快點‘跑’。”邢華斌說，但這種方式降低了吸附劑的工作容量，也增加了分離過程能耗，不利於工業的大規模推廣。

如何在有限的空間裡實現物質快速傳遞，即化學工程的“限域擴散傳質”難題，一直是前沿研究領域。邢華斌說，在實驗室的小瓶小罐裡實現烯烴/烷烴精准分離，放到工廠裡幾百方幾千方大小的裝置設備裡就不一定管用了，因此讓分離過程更“快”，是提高化工過程效率的關鍵技術挑戰，對於工業應用具有重要意義。

由此，浙大科研人員精准調控，研發出快速、高效、低碳的分子篩材料ZU-609。這個新型分子篩材料通過對孔口的精准控制，僅允許丙烯分子進入，阻擋丙烷分子的通過，達到快速精准識別的效果。

為了讓分離過程更快速，浙大研究人員採用了“兩頭小中間大”的篩分孔道，在孔道的進口和出口分別有“隔離墩”來阻擋丙烷分子，丙烯進入之后，又能在“中間寬”的孔道中快速通過，擴散系數相比於之前的分子篩材料提高了1-2個數量級。

“我們研制的新型分子篩，既能夠快速拉住通過其中的丙烯分子，同時還能夠快速放手，這為高效低碳分離丙烯奠定了基礎。”楊立峰說。

變壓吸附計算結果表明，ZU-609丙烯分離能耗相較於之前報道的篩分材料降低2倍、丙烯生產效率提高2倍。“我們的研究為微孔擴散傳質強化這一化學工程核心問題提供了新思路，為低碳分離技術發展奠定了基礎。”邢華斌介紹，這也有利於超高純電子化學品的國產化制備。

據悉，浙江大學化學工程與生物工程學院2019級博士生崔稷宇為該論文第一作者，邢華斌和楊立峰為論文通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金的資助。

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