科技日報南京3月31日電 （記者金鳳 通訊員楊芳）天然氣裡混了二氧化碳，不僅燒起來不頂用，還會腐蝕管道﹔石油煉化中，化學組成一樣、僅空間結構不同的“分子雙胞胎”，更是難以高效分離。不過，這一難題現在有了破解之道。31日，記者從南京工業大學獲悉，該校教授顧學紅、王學瑞團隊通過研發“胚胎沸石介導縫合成膜”新策略，制備出可規模化的高性能沸石分子篩膜，為工業氣體分離裝上了“精准篩選器”。相關研究成果發表在國際學術期刊《自然·通訊》。

規模化制備新型分離材料，降低氣體分離能耗，一直是能源化工行業的“老大難”問題。沸石分子篩膜表面布滿了亞納米級的超小細孔，隻允許特定尺寸的分子通過，從而實現氣體混合物的精准分離。

“但傳統沸石分子篩膜制備存在兩大痛點，一是膜層太厚，氣體分子穿過膜的阻力大、跑得慢﹔二是從實驗室規格膜樣品放大到工業規格膜產品，容易出現缺陷，導致分離效果大打折扣。”顧學紅介紹。

團隊耗時五年提出“胚胎沸石介導縫合成膜”新策略，精准破解了這兩大難題。論文第一作者游樂凱形象地比喻：“傳統膜層內縫隙的消除，就像在石子路上鋪瀝青﹔而新策略就像拿一根‘針線’，把沸石分子篩晶體從原子層面精准‘縫合’，形成‘無縫銜接’的分離膜。”

具體來說，該策略首先制備出短程有序的“胚胎沸石”作為反應中間物，再通過縮合反應，把沸石分子篩晶體縫成連續致密的沸石分子篩膜，精准控制膜層厚度與初始晶種層的厚度相當。

基於這一策略，團隊取得了三大突破。王學瑞介紹，一是膜層更薄，沸石分子篩膜厚度降至560納米，有效降低了氣體穿透的阻力﹔二是更准，二氧化碳與甲烷分離選擇性達158，即透過300個分子中甲烷分子數量還不到2個，篩選氣體分子的精准度更高了﹔三是更大更通用，成功制備出40厘米長、102根中空纖維分子篩膜組成的0.5平方米膜芯，實現從實驗室樣品到工業級組件的跨越。

顧學紅表示，這項成果為沸石分子篩膜在天然氣提氦、天然氣脫碳、同分異構體分離等工業氣體分離領域的實際應用，提供了可行的技術路徑。