《Science》：浙大在乙炔乙烯分离方面取得重大突破

2016年5月19日，Science杂志以First Release方式在线发表了浙江大学化工学院邢华斌教授与利莫瑞克大学和德克萨斯大学圣安东尼奥分校等单位的合作研究成果“Pore chemistry and size control in hybrid porous materials for acetylene capture from ethylene”（DOI: 10.1126/science.aaf2458）。文章提出了离子杂化多孔材料分离乙炔和乙烯的新方法。

气体吸附分离过程中普遍存在选择性和容量难以兼具的现象（trade-off效应），导致设备投资和能耗居高不下。例如，乙烯和乙炔是基础化工原料，乙烯生产的技术水平和规模标志着一个国家石油化学工业的发展水平。在聚合级乙烯和乙炔的生产过程中，至关重要的一步是乙炔和乙烯的分离，现有方法包括溶剂吸收和乙炔选择性催化加氢，存在能耗高和消耗大等不足。

针对该挑战，文章首次提出了离子杂化多孔材料吸附分离乙炔和乙烯的方法。一方面，通过无机阴离子的强氢键作用实现乙炔分子的专一性识别，获得文献报道最高的乙炔乙烯分离选择性。另一方面，调控阴离子的空间几何分布和孔径大小，实现气体分子—气体分子或气体分子-多孔材料间的协同作用，获得极高的吸附容量，从而解决传统气体吸附过程分离选择性和容量难以兼具的巨大挑战。在极低乙炔分压（0.025bar）时吸附容量达2.1mmol/g，乙炔/乙烯（1/99, v/v）的IAST选择性达39.7-44.8。混合气吸附分离获得的穿透曲线十分陡峭，表明该多孔材料具有很好的扩散传递性能。与美国NIST的周伟（Wei Zhou）研究员合作采用中子衍射验证了杂化多孔材料选择性吸附乙炔的结构及机理。

图1. 杂化多孔材料和乙炔的中子衍射晶体结构图（A和B）；乙炔乙烯混合气（1/99）穿透时间及吸附容量比较（C）；乙炔乙烯混合气（50/50）穿透时间及吸附容量比较（C）。

该研究成果不仅为乙烯和乙炔的高效分离与节能降耗提供解决方法，而且也为其它气体的分离提供新的思路。

浙江大学为文章第一单位，邢华斌（Huabin Xing）教授、爱尔兰利莫瑞克大学Michael J. Zaworotko教授和美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校Banglin Chen教授为论文共同通讯作者，浙江大学博士生崔希利（Xili Cui）和利莫瑞克大学Kaijie Chen为共同第一作者，浙江大学杨启炜（Qiwei Yang）副研究员、鲍宗必（ZongbiBao）副教授和任其龙（Qilong Ren）教授等为论文作者。

图2.邢华斌教授（左）、Michael J. Zaworotko教授（中）、Banglin Chen教授（右）

此研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、重点项目和面上项目（21222601、21436010 和21476192）、国家“万人计划”青年拔尖人才、教育部新世纪优秀人才、浙江省杰出青年基金和中央高校业务费基金等项目的资助。

http://science.sciencemag.org/content/early/2016/05/18/science.aaf2458

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