芳烃-脂肪烃分离是一个具有挑战性但重要的工业过程，渗透蒸发膜技术具有分离这些混合物的潜力。
在此，北京工业大学安全福教授和王乃鑫教授等人开发了一种定向单层多面体（OMP）膜，它由单层有序多面体颗粒组成，并由超支化聚合物锚定。它包含高密度的直接选择性纳米通道，能够优先传输芳香族分子。与传统的随机取向混合基质膜相比，OMP膜提高了C6和 C7化合物，性能比现有膜高出3到10倍，这种高性能证明了OMP膜在烃类分子分离方面的潜力及其在石脑油原料增值分离中的应用。
相关文章以“Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane”为题发表在Science上。
乙烯等轻质烯烃是重要的石化产品，全球年产量达到数亿吨，石脑油蒸汽裂解用于生产>50%的轻质烯烃。然而，裂解工艺是石化工业中能源最密集的单一工艺。石脑油中不能参与裂解反应的芳烃会给炉内结焦，降低收率，增加成本。“分子精炼”提供了一种最大化所有补料分子价值的方法，通过重构石脑油的成分，分离芳烃和脂肪烃，可以获得理想的蒸汽裂解原料和高附加值的芳烃产品原料。据报道，吸附方法（包括模拟移动床）对于从多组分模型混合物中分离芳香族-脂肪族是有效的。作为一种替代技术，渗透蒸发膜技术也显示出在液相分子分离方面的潜力，因为它的能耗低、效率高，并且可以集成到其他工艺中，这为石脑油中芳香族-脂肪族碳氢化合物的高效分离提供了理论可能性。
然而，分离芳香族-脂肪族碳氢化合物具有挑战性，因为它们具有相似的物理化学性质和易共沸物。它们具有相似的动力学直径和纠缠的分子构型，因此尺寸筛分效应无法确保这两种类型的分子的精确分离。大多数关于芳烃-脂肪族碳氢化合物渗透蒸发的研究都是基于芳香族友好型聚合物膜。这些膜依赖于芳香族分子的极化与极性官能团诱导的离域π电子，导致芳香族和脂肪族分子在膜中的扩散行为不同，从而实现分离。然而，聚合物膜的无序交联网络结构具有曲折的纳米通道，孔径分布相对较大，这抑制了渗透性和选择性的提高。混合基质膜基于具有规则多面体形态的多孔晶体材料，可以通过在膜内创建多个低电阻选择性传输通道来改善其性能。不幸的是，由于填料的低负载和无序团聚，高性能传输路径经常被多段聚合物基质阻塞。优化晶体颗粒的空间排列可以创建明确的路径，从而增强快速和选择性的分子传输。
基于这种理解，本文的方法旨在充分合理地利用多孔晶体材料规则多面体的结构特性来构建有序、密集分布和互连的选择性分子传递通道。作者提出了一种使用金属有机框架 （MOF）材料创建定向单层多面体（OMP）膜的分步旋涂方法，将具有规则八面体结构的 MOF 颗粒组装在多孔衬底上，然后用聚合物密封颗粒之间的间隙。这些膜具有相互连接的直通道，非常适合通过渗透蒸发超快速分离芳烃-脂肪烃（图1A ）。OMP膜包含高密度分布的定向单层MOF颗粒，提供主导分子转运过程的快速和选择性通道，锚定MOF相的聚合物赋予膜出色的柔韧性和耐用性。作为概念验证，设计了一种两级级联分离工艺，以证明 OMP 膜在石脑油系统中分离碳氢化合物的高稳定性。
图4：模型石脑油系统的分离性能和膜的耐久性的评价。
YHao Sun, Naixin Wang*, Yinghui Xu, Fengkai Wang, Jun Lu, Huanting Wang, Quan-Fu An*, Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane, Science,
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