大连理工 [国家杰青]团队 &中科大，最新Nature chemical engineering!

第一作者：Li-Ping Guo，Ru-Shuai Liu，Jianhao Qian

通讯作者：陆安慧，郝广平， 王奉超

通讯单位：大连理工大学，中国科学技术大学

陆安慧，教授，大连理工大学博士生导师，校长助理，精细化工国家重点实验室副主任，辽宁省低碳资源高值化利用重点实验室主任，国家杰出青年科学基金获得者、教育部新世纪优秀人才支持计划入选者。已发表论文260余篇，被引24400余次，H-index为72，出版英文专著2部，申请专利55件，获得授权专利35件，国际专利PCT阶段3项，主权国家阶段5项，授权1项。聚焦能源高效清洁利用领域，主要从事多孔材料的制备及在能源催化转化过程中的基础和应用研究。

郝广平，大连理工大学教授，博士生导师，国家级青年人才计划入选者、辽宁省“兴辽计划”青年拔尖人才、大连市高端引进人才、洪堡学者、欧盟玛丽居里学者。主持国家人才引进计划项目、国家自然科学基金、中央高校支持计划基金、辽宁省兴辽计划项目、大连市高层次人才项目、中石化技术开发项目等，国家重点研发计划骨干人员。主要从事能源化工催化分离研究，研究方向包括纳米炭等多孔材料制备、气体分离与纯化、碳捕集与催化转化等。发表研究论文80余篇，他引6000余次。获中国科学院奖学金、屈伯川奖学金等奖励荣誉。

王奉超，中国科学技术大学特任教授、博士生导师。于中国科学技术大学近代力学系从事博士后研究并留校工作。曾在英国曼彻斯特大学物理与天文学系诺贝尔奖得主Andre Geim教授课题组进行学术访问。主要从事微纳尺度固液界面力学问题研究，研究内容包括：界面润湿、纳米流动、受限液体以及非常规油气资源开发中限域传质的微观力学机理。发表SCI论文60余篇，他引3000余次，2019年获得国家自然科学基金委优秀青年基金资助。

 论文速览

丙烯（C₃H₆）作为生产多种化学品和材料的基本原料，尤其是聚丙烯，其与丙烷的分离在化学工业中具有重要意义。然而，由于它们的分子大小和挥发性非常接近，使得分离工作面临挑战。本研究开发了一种新型的表面筛分碳吸附剂，用于丙烯和丙烷（C₃H₆和C₃H₈）的高效分离。

与传统的能耗较高的分馏过程相比，基于吸附的分离过程因其高选择性和吸附容量而受到青睐。本研究中的表面筛分碳材料，通过精确的孔径设计，实现了对丙烯和丙烷的有效分离。

 图文导读

图1：表面SCS的结构特征。

图2：吸附热力学和柱穿透数据。

图3：吸附动力学和分离机理。

图4：突破性的性能和双床VPSA和VSA模拟。

总结展望

本研究开发的表面筛分碳材料（SCS）在丙烯/丙烷分离方面表现出卓越的性能。SCS-800样品在动态条件下展示了高达190的动态选择性，并且丙烯吸附量达到了2.0 mmol g^-1。通过理想吸附溶液理论（IAST）评估的分离选择性在1 bar和298 K下达到了3166。此外，SCS-800在吸附热（Qst）上的表现也优于许多报道的基准吸附剂，其Qst值范围为25.2至35.0 kJ mol^-1，有利于能量有效的再生并避免了丙烯的齐聚和聚合。

公斤级制备的SCS-800在动态突破条件下仍保持172的C₃H₆/C₃H₈选择性，表明其在实际应用中具有潜力。通过Aspen吸附模拟，使用两床真空压力摆动吸附（VPSA）过程，证明了SCS系列材料在分离和生产高纯度丙烯方面的有效性。结合其简便、可扩展的合成方法和卓越的稳定性，SCS型吸附剂为烯烃/石蜡的分离提供了实际的解决方案，并可能扩展到其他精细化学品、生物和医疗行业的分子分离。

文献信息

标题：Surface sieving carbon skins for propylene and propane separation

期刊：Nature Chemical Engineering

DOI：10.1038/s44286-024-00075-9