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浙大科学家在乙炔乙烯气体分离技术方面获突破

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浙大科学家在乙炔乙烯气体分离技术方面获突破

发布日期:2018-06-16 00:00 来源:http://www.btfhgs.com 点击:

浙江大学科学家及国际合作者发明了一种新工艺,极大地提高了人类分离乙烯和乙炔这两种气体的技术水平,树立了新的标杆。研究论文发表在最新一期著名期刊《科学》上,并被其在线版率先报道。

  浙大化学工程和生物工程学院邢华斌教授实验室联合美国、爱尔兰、荷兰等国科学家开展的这项研究,寻找出一种能够吸附乙炔的新型多孔材料,从而实现高效、大量地把乙炔和乙烯分离开来。他们还阐明了这种材料的结构和工作机理。

  乙烯和乙炔都是非常重要的化工原料,生产合成纤维、塑料,从飞机到手机所需的功能材料都离不开它们。乙炔被誉为“有机化工之母”,乙烯生产的技术水平、产量和规模则标志着一个国家石油化工业的发展水平。但是,乙烯和乙炔总是彼此混合在一起,无论是从石油、煤炭还是页岩气中裂解都是如此。分离这两种气体是化学工业长期研究的课题。

  邢华斌说,分离乙烯和乙炔遇到的一大难题是在专一性和大容量吸附之间“鱼和熊掌不可兼得”。这其实是气体分离中普遍存在的现象。能够专一性吸附目标气体的材料,往往吸附的量不高;吸附容量高的材料,专一选择目标气体的能力又难以令人满意。“就像一个跷跷板,一头沉下去,另一头就得翘起来。”邢华斌说。各国化工业界多年来进行了大量研究,但始终难以理想地解决这个跷跷板的难题。

  现在,邢华斌及合作者的工作实现了“鱼和熊掌兼得”。他们为多孔材料设计了合适的结构,并且适当地调控了其中能够吸附乙炔的阴离子的空间几何分布。在邢华斌团队的实验室里,记者看到了一个采用这种工艺的小型实验装置,当混合气体通过材料时,只有乙炔分子会被巧妙地拦截下来,乙烯则被放行。

  在这个过程中起到关键作用的是阴离子,这一规律是邢华斌团队此前尝试使用离子液体吸收乙炔时发现的,现在又被用到三维网状结构的固体材料中。“这种材料的表面积很大,3克重的材料,如果把表面铺开,能有足球场这么大。”邢华斌表示,乙炔分子有序地嵌入材料之中,保证了高吸附容量。实验数据表明,新材料的工作吸附容量是目前已知最佳吸附剂的5.7倍,同时又保持了很好的分离选择性。“这是对现有乙炔和乙烯分离技术的突破性发展。”邢华斌说,《科学》杂志的3位审稿人都给出了极高评价。

  工业界目前花在制备乙烯上的代价高昂。因为难以找到有效分离办法,目前工业上主要通过催化将乙炔转化成乙烯,所需催化剂是昂贵的金属铂等。另外,现有的乙烯分离过程中需要反复多次制冷。“制备100万吨乙烯,要消耗近85万吨标准煤。”邢华斌介绍,2015年,全球乙烯产能达1.6亿吨,背后是惊人的能耗。

  邢华斌表示,新工艺有望大幅度降低分离乙炔和乙烯的能耗,产业化前景看好。“我们已经申请了若干项专利,着手寻找合作伙伴开展成果转化。”邢华斌说,我国目前制备乙烯的许多工艺还依赖进口,而这项新工艺体现了中国智慧。用新型多孔材料分离乙炔乙烯还为气体分离技术发展提供了全新思路。邢华斌说,类似的方法还可以用于燃煤脱硫、捕集温室气体等。

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