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高純度乙烯分離制備從“三步”變“一步”

時間:2019-10-14 11:39:27 來源:中國科學報

  10月11日,西北工業大學理學院教授陳凱杰團隊在《科學》上發表研究論文,表明他們在國際上首次利用三種金屬有機框架(MOFs)材料協同吸附,實現了在四組分混合氣體條件下,一步分離制備高純度乙烯。


  乙烯的高純制備在初級化工原料生產中有著舉足輕重的作用,但是傳統的乙烯分離方法步驟煩瑣、能耗較高。乙烯與乙炔、乙烷、二氧化碳等氣體的物化特性十分相似,提純過程需要三步工藝——需使用堿性池分離二氧化碳;用貴金屬催化劑在高溫高壓條件下將乙炔轉化成乙烯或乙烷;而乙烯和乙烷兩種氣體的純化分離仍依賴于分步蒸餾工藝,即利用不同組分的沸點不同,控制其分步流出分離塔并收集。這樣的分離工藝步驟繁多、成本較高且能耗高。


  據相關專家介紹,乙烯、乙炔、乙烷和二氧化碳四種氣體,在化工原料生產中經?!敖Y伴而行”。想要實現乙烯的一步分離制備,就要使特定的“多孔MOF材料”選擇性地同時捕獲其他三種氣體,且只有乙烯不被吸附,從而將其單獨分離出來。這樣的道理非常簡單,實踐起來卻絕非易事。


  陳凱杰團隊研究發現,通過串聯三種MOF材料在單一吸附柱內,能夠將乙炔、乙烷和二氧化碳依次高效去除,從而在吸附柱尾端實現高純度乙烯(>99.9%)的一步分離收集。他們使用的“多孔材料”是由金屬離子和有機小分子通過配位鍵連接形成的原子三維有序排布的多孔晶體材料。這一物理吸附分離工藝在常溫條件下就可進行,可大大降低乙烯分離工藝能耗,為復雜工業分離體系下綠色低能耗工藝的研發提供了一種全新的設計思路。


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