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【今日化学前沿】Science报道:浙江大学邢华斌教授课题组在乙烯乙炔分离技术中获突破

来源:化学加      2016-05-23
导读:5月19日,国际顶级杂志Science报道了浙江大学化学工程与生物工程学院邢华斌实验室,联合6个国家科研人员,采用离子杂化多孔材料,突破了气体分离选择性和容量之间的trade-off效应,实现了乙炔乙烯的高效分离。这一研究被认为是气体吸附分离技术领域的一大突破。(DOI: 10.1126/science.aaf2458)。

邢华斌教授、利莫瑞克大学Michael J. Zaworotko教授、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;浙江大学博士生崔希利和利莫瑞克大学陈凯杰博士后为共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、国家“万人计划”青年拔尖人才、教育部新世纪优秀人才等项目的资助。

近年来,天然气、页岩气和乙烯等气体在我们的工业生产和日常生活中应用越来越广,然而气体分离过程中普遍存在容量难以兼具的现象(trade-off效应)和选择性难题。由于这些限制,工业界往往以巨大的能量消耗和高昂的设备投资作为代价,来实现高纯气体制备。

论文中选取重要化工原料乙烯和乙炔气体为研究对象。乙烯是目前人类制造最大量的化学品(约1.6亿吨/年),一个国家的乙烯生产的规模和技术水平标志着他的石油化学工业的发展水平。乙炔则被誉为“有机化工之母”。乙炔和乙烯的分离在聚合级乙烯和乙炔的生产过程中至关重要。邢华斌教授及其合作者首次研发出了离子杂化多孔材料分离乙烯和乙炔的方法。

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该材料拥有三维网格结构(示图C),网格上嵌有的无机阴离子通过氢键(示图F)作用可专一性的识别乙炔分子,从而能将乙炔和乙烯选择性分离,这项实验获得了迄今为止最佳的乙炔乙烯分离效果。与此同时,调控阴离子的孔径大小和空间几何分布,促使被吸附的乙炔分子之间或乙炔-多孔材料之间形成协同作用,获得了极高的乙炔吸附容量。从而解决了传统的气体吸附材料对于容量和分离选择性难以兼具的巨大挑战。

在一定的流速下,混合气体通过装有该种材料的吸附柱中,乙炔被完全吸附,从而收集到高纯度的乙烯。分离结束后,可以采用直接抽真空或者用惰性气体吹扫的方法可以实现乙炔的回收和吸附材料的再生,整个过程简单节能和高效,具有很大的市场应用前景。

《科学》杂志的三位审稿专家对这篇文章均给予很高评价。认为文章报道的吸附分离性能令人非常惊讶。该研究成果不仅为乙烯和乙炔的高效分离和降低分离能耗提供解决方法,还可以为其它重要气体的分离提供了类似新的思路。

邢华斌教授说:关于乙炔和乙炔分离这个方向他们项目组已经做了有六年的时间,science报道的此次研究成果耗时接近三年,邢华斌教授还说:他们的下一步计划是力争把此项分离技术应用在在实际工业生产中。

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