科学家开发了用于分离丙烯的创新材料

来自卡尔斯鲁厄技术学院（KIT）的研究人员，用于分子的高度选择性分离，合作伙伴共同开发了“多孔液体”：纳米颗粒，可以分离不同大小的气体分子。并精细地分布在溶剂中。这是因为这些颗粒具有孔，并且只有一定大小的分子才能穿透其开口。这些多孔液体可直接使用或加工成膜，以有效地从气体混合物中分离出丙烯。丙烯是一种广泛使用的塑料材料。这将替代当前常用的高能耗蒸馏方法。研究小组在“自然材料”中报告了这一发现。丙烯是化学工业中最重要的原料之一。世界上丙烯的年总消费量约为1亿吨。以丙烯为原料生产的聚丙烯是一种真正的“大众塑料”，主要用于包装，还用于建筑，汽车和其他行业。丙烯主要通过加工原油或天然气获得。在此过程中，通过蒸馏将其与其他气体分离，然后进行纯化。 “在技术文献中，假设石化中膜气体分离的成本仅为蒸馏所需能量的五分之一。

考虑到所需的丙烯量很大，这意味着释放了大量的温室气体碳可以避免二氧化碳。” KIT功能接口研究所初级研究团队负责人Alexander Knebel博士说，直到2019年，他仍在汉诺威和沙特阿拉伯的莱布尼兹大学进行研究。这位化学家是一个研究项目的主要贡献者，该研究项目首次提高了石油化工行业对使用膜分离丙烯的兴趣。 Knebel的合作伙伴是汉诺威的莱布尼兹大学，阿卜杜拉国王科技大学和德国理工学院的科学家。首次将金属有机框架分布在液体中。7（沸石咪唑骨架）开始起作用，其原子形成孔径为0.34 nm的金属有机骨架。为此，他们系统地修饰了ZIF-67纳米粒子的表面。 “这使我们能够将金属有机骨架精细分散在液体中，例如环己烷，环辛烷或均三甲苯。”克内贝尔高兴地说。科学家称这种分散液为“多孔液体”。例如，气态丙烯比甲烷花费更长的时间才能通过充满多孔液体的色谱柱。这是因为丙烯保留在纳米颗粒的孔中，而较小的甲烷分子则顺利通过。 “我们希望将来使用这种分散体生产液体分离膜。”克内贝尔说。改进的分离膜多孔液体也可用于生产性能特别优越的固体分离膜。研究人员使用一种塑料材料和经过化学修饰的ZIF-67来制作薄膜。他们成功地将膜中修饰的ZIF-67的比例提高到47.5％，而不会使其机械性能不稳定。当科学家将相等数量的由丙烯和丙烷组成的混合气体通过串联排列的两个膜时，即使两个气体分子的大小相差不超过0.2纳米，也可以获得纯度至少为99.9％的丙烯。 

除了其分离效率外，在一定时间内可以通过的气体混合物的量对于该膜的实际使用是决定性的。与以前的材料相比，新膜的流速至少高出三倍。凭借已实现的分离价值，克耐尔相信，石化行业首次使用膜代替传统的蒸馏工艺进行气体分离将获得回报。尽可能多的金属有机颗粒可以均匀地分布在塑料中，并且在制膜过程中纳米颗粒的孔不会被溶剂堵塞，也就是说，保持中空状态，这对塑料的性能至关重要。这个电影重要。 Knebel解释说：“我们之所以能够实现这两个目标，是因为我们没有将固体颗粒直接引入膜中，而是通过多孔液体进入了膜中，尽管这似乎是绕道而行。”