“捕获”丙烯，这个“口袋”至关重要

科技日报记者 叶青 通讯员 苏运生

一种新的分离机制，成功解决了传统分子筛吸附动力学缓慢和吸附量低的问题，未来进入工业级应用后，对于我国实现碳达峰、碳中和具有重要意义。23日，记者从暨南大学获悉，《自然》杂志21日在线发表了该校化学与材料学院陆伟刚教授和李丹教授研究团队的研究成果。暨南大学为唯一完成单位。

丙烯是全球产量最高的基础有机化工原料之一，年产量超过1亿吨，其中用量最大的是生产聚丙烯。尿不湿、家电外壳、口罩等生产原料都离不开聚丙烯。工业上，丙烯生产主要通过丙烷裂解来制备。然而，这一技术并不能直接得到高纯度丙烯。为去除残留的丙烷，往往以高昂的设备投资和巨大的能量消耗作为代价。因此，研发出低能耗的丙烯纯化技术，寻求绿色的分离方案迫在眉睫，这是未来实现我国碳达峰、碳中和的重大需求。

“分子筛是一种很成熟的分离材料，已被广泛应用于石油化工、煤化工、空气分离与净化、环境治理等多个领域。但分子筛吸附剂的应用也存在许多挑战，如精确的孔径设计困难，吸附动力学缓慢和吸附量低。”李丹指出。

为此，李丹研究团队首次提出正交阵列动态筛分机制，成功构筑了一例基于该分离机制的金属有机框架材料（命名为JNU-3）。该材料拥有三维网格结构，在一维通道两侧是排列整齐的分子口袋，分子口袋和一维通道通过一个动态“葫芦形”窗口相连。气体可以在一维通道中快速扩散，而分子口袋则通过“葫芦形”窗口选择性地捕获丙烯分子。

实际分离实验发现，当等摩尔浓度的丙烯/丙烷混合物流过JNU-3的填充柱，首先可以获得99.99%的丙烷，吸附饱和后在脱附过程中可以获得99.5%的丙烯，这是迄今为止最佳的丙烯/丙烷穿透分离效果。即使在湿度条件下，JNU-3的分离性能也远远优于现有的材料。该材料能高效地分离丙烯/丙烷（1/1）混合物，每公斤JNU-3可以得到53.5升聚合级（99.5 %）的丙烯，具有迄今为止最佳的丙烯/丙烷分离性能，实现了丙烯/丙烷分离领域的突破性进展，为该领域提供了全新的思路和可借鉴的价值。

李丹表示，该成果能节约大量能耗，降低成本，可广泛应用至石油化工、疫情防控、医疗卫生等多个领域，希望能尽快和工业界开展合作，将实验室的科研成果转化到实际应用。