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浙大研究人員在乙烯乙炔分離技術中獲突破

  【壓縮機網】近年來,人類社會的能源和資源越來越依賴于天然氣、頁巖氣和乙烯等氣體,這對高效節能的氣體分離技術提出了迫切需求。然而氣體分離過程中普遍存在選擇性和容量難以兼具的現象(trade-off效應)。由于這一限制,工業界往往以高昂的設備投資和巨大的能量消耗作為代價,來實現高純氣體制備。

  浙江大學化學工程與生物工程學院邢華斌實驗室,聯合6個國家科研人員,采用離子雜化多孔材料,突破了氣體分離選擇性和容量之間的trade-off效應,實現了乙炔乙烯的高效分離。這一研究被認為是氣體吸附分離技術領域的一大突破,研究論文由《科學》雜志在5月20日在線發表(DOI: 10.1126/science.aaf2458)。

  論文選取化工重要原料乙烯和乙炔氣體為研究對象。乙烯是目前人類制造的z*大量的化學品(1.6億噸/年),乙烯生產的技術水平和規模標志著一個國家石油化學工業的發展水平。乙炔則被譽為“有機化工之母”。在聚合級乙烯和乙炔的生產過程中,至關重要的一步是乙炔和乙烯的分離。邢華斌教授與合作者s*次提出了離子雜化多孔材料分離乙炔和乙烯的方法。

  該材料擁有三維網格結構,網格上嵌有的無機陰離子通過氫鍵作用可專一性的識別乙炔分子,獲得迄今為止z*佳的乙炔乙烯分離選擇性。與此同時,調控陰離子的空間幾何分布和孔徑大小,促使被吸附的乙炔分子之間或乙炔-多孔材料之間形成協同作用,獲得極高的乙炔吸附容量。從而解決了傳統氣體吸附過程分離選擇性和容量難以兼具的巨大挑戰。

  實驗室中應用該材料分離乙烯和乙炔的過程是將材料裝填入吸附柱中,混合氣體以一定流速通入吸附柱,乙炔被完全吸附,得到高純度乙烯。分離結束后,采用惰性氣體吹掃或加熱抽真空方法可以實現材料的再生和乙炔氣體的回收。整個過程簡單、高效和節能。

  該研究成果不僅為乙烯和乙炔的高效分離與過程的節能降耗提供解決方法,而且也為其它重要氣體的分離提供了新的思路。《科學》雜志的三位審稿專家對這篇文章均給予很高評價。認為文章報道的吸附分離性能非常令人驚訝,在乙炔分離領域設立了新的標桿。

  邢華斌告訴《中國科學報》記者,乙炔乙烯分離這個方向他們組做了約六年時間,而此次《科學》文章報道的研究成果歷時近三年。他們下階段工作有兩方面,一是體系拓展,應用到其他氣體的分離,二是力爭把乙炔乙烯分離技術走向實際工業應用。

  邢華斌教授、利莫瑞克大學Michael J. Zaworotko教授、德克薩斯大學圣安東尼奧分校陳邦林教授為論文共同通訊作者;浙江大學博士生崔希利和利莫瑞克大學陳凱杰博士后為共同第一作者。該項研究得到了國家自然科學基金優秀青年基金項目、國家“萬人計劃”青年拔尖人才、教育部新世紀優秀人才等項目的資助。 

來源:科學網

標簽: 浙大氣體分離乙烯乙炔  

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