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（此視頻只是簡單演示分離機(jī)理，事實(shí)上一個(gè)晶胞吸附4個(gè)乙炔分子。）

圖1：雜化多孔材料分離乙炔乙烯示意圖及實(shí)驗(yàn)穿透曲線

美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月19日，Science雜志在線發(fā)表浙江大學(xué)化學(xué)工程生物工程學(xué)院邢華斌實(shí)驗(yàn)室與國際合作者的研究進(jìn)展：采用雜化多孔材料分離乙炔和乙烯，可兼具高分離選擇性與高吸附容量。這一研究被認(rèn)為是氣體吸附分離技術(shù)領(lǐng)域的一大突破，為相關(guān)氣體分離技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。

相關(guān)論文 Pore chemistry and size control in hybrid porous materials for acetylene capture from ethylene（雜化多孔材料孔化學(xué)和尺寸控制實(shí)現(xiàn)乙炔乙烯分離）中，浙江大學(xué)為論文第一完成單位，邢華斌教授、利莫瑞克大學(xué)EThaelJ.Zaworotko教授、德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校陳邦林教授為論文共同通訊作者；浙大化工學(xué)院博士生崔希利和利莫瑞克大學(xué)陳凱杰為共同第一作者。

近年來，隨著天然氣、頁巖氣和乙烯等氣體成為越來越重要的能源和化工原料乙炔，研發(fā)高效節(jié)能的氣體分離技術(shù)就越迫切。但是，氣體分離過程中普遍存在選擇性和容量難以兼具的現(xiàn)象（trade-off效應(yīng)）。選擇性好的材料，往往吸附的容量不高；吸附容量高的，又在選擇性上差強(qiáng)人意。邢華斌說：“這就像一個(gè)蹺蹺板，一頭沉下去，另一頭就得翹起來。”

邢華斌教授與合作者選取化學(xué)工業(yè)重要?dú)怏w—乙烯和乙炔作為分離對(duì)象汽油報(bào)警器，他們是非常重要的化工原料。乙烯生產(chǎn)的技術(shù)水平、產(chǎn)量和規(guī)模標(biāo)志著一個(gè)國家石油化工業(yè)的發(fā)展水平，乙炔則被譽(yù)為“有機(jī)化工之母”。在聚合級(jí)乙烯和乙炔的生產(chǎn)過程中，至關(guān)重要的一步是乙炔和乙烯的分離。課題組首次提出了離子雜化多孔材料吸附分離乙炔和乙烯的方法。

該材料擁有三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格上嵌有的無機(jī)陰離子通過氫鍵作用可專一性的識(shí)別乙炔分子，獲得迄今為止最佳的乙炔乙烯分離選擇性（39.7-44.8）。與此同時(shí)，調(diào)控陰離子的空間幾何分布和孔徑大小乙炔乙炔，促使被吸附的乙炔分子之間或乙炔-多孔材料之間形成協(xié)同作用，獲得極高的乙炔吸附容量（0.025bar時(shí)達(dá)2.1mmol/g）。從而解決了傳統(tǒng)氣體吸附過程選擇性和容量難以兼具的巨大挑戰(zhàn)。與美國NIST的周偉研究員合作，采用中子衍射驗(yàn)證了雜化多孔材料吸附乙炔的結(jié)構(gòu)和機(jī)理。“我們使用的材料不但‘專一’，而且‘胃口’很大。”邢華斌教授說，“令人感興趣的是，我們第一次發(fā)現(xiàn)每四個(gè)乙炔分子可以手拉手，形成團(tuán)簇，這樣材料的‘胃口’就更大了。”

針對(duì)乙烯中痕量乙炔脫除這一工業(yè)重要過程，文章所報(bào)道的雜化多孔材料的動(dòng)態(tài)吸附容量是目前已知最佳吸附劑的5.7倍，且吸附穿透曲線十分陡峭，表明該材料具有優(yōu)秀的擴(kuò)散傳遞性能，這對(duì)未來的工業(yè)應(yīng)用十分關(guān)鍵。文章第一作者崔希利博士向記者展示了實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用該材料分離乙烯和乙炔的過程：將雜化多孔材料裝填入吸附柱中酒精檢測(cè)儀，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。

該研究成果不僅為乙烯和乙炔的高效分離與過程的節(jié)能降耗提供解決方法，而且也為其它重要?dú)怏w的分離提供了新的思路。Science雜志的三位審稿專家對(duì)這篇文章均給予很高評(píng)價(jià)。認(rèn)為文章報(bào)道的吸附分離性能非常令人驚訝，在乙炔分離領(lǐng)域設(shè)立了新的標(biāo)桿。

該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目，以及中組部“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、浙江省杰出青年基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)優(yōu)秀青年人才計(jì)劃的資助。浙江大學(xué)楊啟煒副研究員、鮑宗必副教授和任其龍教授是論文的作者之一。

邢華斌教授在離子材料分離乙炔乙烯領(lǐng)域進(jìn)行了長期研究，采用分子模擬揭示了乙炔和乙烯選擇性分離中的氫鍵識(shí)別機(jī)理及陰離子的關(guān)鍵作用（J. Phys. Chem. B, 2012, 116, 3944、Ind. Eng. Chem. Res, 2013,52, 9308）。在吸收分離方向，設(shè)計(jì)離子液體獲得了文獻(xiàn)報(bào)道最高的乙炔吸收容量（AIChE J. 2015, 61, 2016）。

（夏平 周煒）

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