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新研究为工业气体分离装上“精准筛选器”

2026-04-01 12:52:12 来源:人民网

  天然气里混了二氧化碳,不仅烧起来不顶用,还会腐蚀管道;石油炼化中,化学组成一样、仅空间结构不同的“分子双胞胎”,更是难以高效分离。不过,这一难题现在有了破解之道。31日,记者从南京工业大学获悉,该校教授顾学红、王学瑞团队通过研发“胚胎沸石介导缝合成膜”新策略,制备出可规模化的高性能沸石分子筛膜,为工业气体分离装上了“精准筛选器”。相关研究成果发表在国际学术期刊《自然·通讯》。

  规模化制备新型分离材料,降低气体分离能耗,一直是能源化工行业的“老大难”问题。沸石分子筛膜表面布满了亚纳米级的超小细孔,只允许特定尺寸的分子通过,从而实现气体混合物的精准分离。

  “但传统沸石分子筛膜制备存在两大痛点,一是膜层太厚,气体分子穿过膜的阻力大、跑得慢;二是从实验室规格膜样品放大到工业规格膜产品,容易出现缺陷,导致分离效果大打折扣。”顾学红介绍。

  团队耗时五年提出“胚胎沸石介导缝合成膜”新策略,精准破解了这两大难题。论文第一作者游乐凯形象地比喻:“传统膜层内缝隙的消除,就像在石子路上铺沥青;而新策略就像拿一根‘针线’,把沸石分子筛晶体从原子层面精准‘缝合’,形成‘无缝衔接’的分离膜。”

  具体来说,该策略首先制备出短程有序的“胚胎沸石”作为反应中间物,再通过缩合反应,把沸石分子筛晶体缝成连续致密的沸石分子筛膜,精准控制膜层厚度与初始晶种层的厚度相当。

  基于这一策略,团队取得了三大突破。王学瑞介绍,一是膜层更薄,沸石分子筛膜厚度降至560纳米,有效降低了气体穿透的阻力;二是更准,二氧化碳与甲烷分离选择性达158,即透过300个分子中甲烷分子数量还不到2个,筛选气体分子的精准度更高了;三是更大更通用,成功制备出40厘米长、102根中空纤维分子筛膜组成的0.5平方米膜芯,实现从实验室样品到工业级组件的跨越。

  顾学红表示,这项成果为沸石分子筛膜在天然气提氦、天然气脱碳、同分异构体分离等工业气体分离领域的实际应用,提供了可行的技术路径。

责任编辑:zzy2026

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