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    我国化工学者在乙炔乙烯分离方面取得重大突破

    日期 2016-05-25   来源:化学科学部   作者:孙宏伟 张国俊  【 】   【打印】   【关闭

      2016年5月19日,Science杂志以First Release的方式在线发表了浙江大学邢华斌教授与利莫瑞克大学、德克萨斯大学圣安东尼奥分校等单位的合作研究成果“Pore chemistry and size control in hybrid porous materials for acetylene capture from ethylene”(杂化多孔材料孔化学和尺寸控制实现乙炔乙烯分离)。该文提出了离子杂化多孔材料分离乙炔和乙烯的新方法,这对于气体分离技术的发展具有重要的科学意义和应用价值。(论文链接:http://science.sciencemag.org/content/early/2016/05/18/science.aaf2458?rss=1)该项研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、重点项目和面上项目(项目批准号:21222601、21436010 和21476192)的资助。

      气体吸附分离过程中普遍存在分离的选择性和容量难以兼具的现象(trade-off效应),导致设备投资和能耗居高不下。例如,乙烯和乙炔是基础化工原料,乙烯生产的技术水平、产量和规模标志着一个国家石油化学工业的发展水平。在聚合级乙烯和乙炔的生产过程中,至关重要的一步是乙炔和乙烯的分离,现有的方法包括溶剂吸收和乙炔选择性加氢,却存在能耗高和消耗大等不足。

      针对以上问题,研究者在文章中首次提出了离子杂化多孔材料吸附分离乙炔和乙烯的新方法。一方面,通过无机阴离子的强氢键作用实现乙炔分子的高度亲和识别,获得目前最高的乙炔乙烯分离选择性。另一方面,通过调控阴离子的几何分布和孔径大小,实现气体分子-气体分子或气体分子-多孔材料间的协同相互作用,获得迄今为止所报道的最大的吸附容量,从而解决传统气体吸附过程分离选择性和容量难以兼具的巨大挑战。在极低乙炔分压(0.025bar)时吸附容量达2.1mmol/g,乙炔/乙烯(1/99, v/v)的IAST选择性达39.7-44.8。混合气吸附分离获得的穿透曲线十分陡峭,表明该多孔材料具有很好的扩散传递性能。采用中子衍射等实验手段解释了该吸附剂兼具高选择性和吸附容量的现象。浙江大学为文章第一单位,邢华斌教授、利莫瑞克大学Michael J. Zaworotko教授和德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授为论文共同通讯作者,邢华斌教授指导的博士生崔希利和利莫瑞克大学陈凯杰为共同第一作者,杨启炜副研究员、鲍宗必副教授和任其龙教授等为共同作者。

      该研究成果不仅为乙烯和乙炔的高效分离与节能降耗提供了解决方法,而且也为其它吸附分离材料的设计提供了新的途径。

    图 乙炔和离子杂化多孔材料的中子衍射晶体结构(A和B);乙炔乙烯混合气(1/99)穿透时间及吸附容量比较。




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