图 分子筛分材料的孔道结构及丙烯扩散和分离性能
在国家自然科学基金项目（批准号：22122811、22227812和22108240）等资助下，浙江大学邢华斌团队在分子筛材料创制和微孔扩散传质方面取得了新进展。研究成果以“超快吸附动力学分子筛实现丙烯分离（A Molecular Sieve with Ultra-fast Adsorption Kinetics for Propylene Separation）”为题，于北京时间2023年12月15日以‘firstrelease’形式在线发表在《科学》（Science）期刊上。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8418。
分子筛允许尺寸比吸附剂孔径小的分子进入孔道，尺寸大的分子被排阻，具有高分离选择性。然而，分子在微孔孔道中的扩散系数与体相相比呈现出数量级的下降。微孔限域环境中分子的扩散传质强化是亟待解决的难题。
上述研究团队针对丙烯丙烷低碳分离，构筑了具有局部筛分孔道结构的分子筛材料ZU-609。局部筛分孔道具有合适的孔窗口（4.2×5.1 Å2），实现了分子动力学直径差异仅为0.4 Å丙烯丙烷分子的精准筛分。沿孔道螺旋延伸的配体网络和磺酸阴离子形成了快扩散的大孔道（7.5×8.1×11.1 Å3），丙烯扩散系数达到1.00×10-9 cm2 s-1，相比于传统材料提高了1－2个数量级。实现了扩散传质强化，ZU-609在高气速下依然保持高分离性能，且易脱附再生。一次吸附后丙烯纯度达99.97 %，变压吸附丙烯能耗相较传统材料降低2倍。