乙烷乙烯分離研究獲重大突破

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10月29日從太原理工大學(xué)了解到，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science雜志10月26日在線發(fā)表了太原理工大學(xué)作為第一單位的研究論文《具有鐵-過(guò)氧陰離子位點(diǎn)的金屬有機(jī)框架物用于乙烷/乙烯分離》。該研究成果不僅實(shí)現(xiàn)了乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)，而且制備出了高效乙烷吸附劑，可對(duì)不同濃度的乙烷乙烯混合物一步分離得到聚合級(jí)乙烯。

該研究成果是在太原理工大學(xué)副校長(zhǎng)、化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院李晉平教授帶領(lǐng)下完成的。李晉平在接受記者采訪時(shí)表示，乙烯生產(chǎn)技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)乙烯的工業(yè)制備是通過(guò)乙烷高溫裂解進(jìn)行，產(chǎn)物是乙烷和乙烯的混合物。工業(yè)上常用多步多級(jí)的低溫精餾分離技術(shù)，將該混合物分離得到純度在99.95%以上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)乙烯。該過(guò)程需要消耗大量能量，乙烯成本中大約75%都用在這一環(huán)節(jié)。

李晉平教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上第一次利用氧分子先與Fe-MOF材料中的不飽和空位結(jié)合，有效阻擋不飽和金屬空位與乙烯間的π鍵相互作用，顯著降低乙烯吸附量。同時(shí)，新構(gòu)建的Fe-O2基團(tuán)能對(duì)乙烷顯示出更強(qiáng)的吸附親和力，實(shí)現(xiàn)吸附乙烷強(qiáng)于乙烯，達(dá)到選擇性脫除乙烯中雜質(zhì)乙烷的目的。這一成果不僅巧妙地實(shí)現(xiàn)了乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)，也制備出迄今最高效的乙烷選擇吸附劑，使不同濃度的乙烷乙烯混合物一步分離得到聚合級(jí)乙烯。更重要的是，這種簡(jiǎn)單巧妙的思路可望應(yīng)用于其他MOFs中，為乙烷乙烯分離吸附劑的選擇開(kāi)辟出一條新途徑。

李晉平介紹，目前研究的主要亮點(diǎn)，一是發(fā)現(xiàn)了含有鐵-超氧位點(diǎn)的MOF對(duì)乙烷的吸附能力比乙烯更強(qiáng)。二是實(shí)現(xiàn)了在室溫常壓下高效分離制99.99%純度的乙烯。他們研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制備出來(lái)了一種新型的MOF材料，并根據(jù)中子粉末衍射以及理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)Fe-O2可吸附乙烷的活性。MOF是孔洞結(jié)構(gòu)，乙烯和乙烷分子可以很好地穿過(guò)它，從而增加了吸附幾率。

近年來(lái)，乙烯行業(yè)仍處于快速發(fā)展期，作為世界第二大乙烯生產(chǎn)國(guó)，我國(guó)乙烯產(chǎn)量和收率也不斷提升，2017年我國(guó)乙烯產(chǎn)量為1846.3萬(wàn)噸，乙烯平均收率為32.9%。未來(lái)幾年，隨著我國(guó)大型新建乙烯裝置的陸續(xù)竣工，加上煤制烯烴產(chǎn)能建設(shè)勢(shì)頭不減，乙烯產(chǎn)能將集中釋放。業(yè)內(nèi)人士稱，該研究成果的推廣應(yīng)用將對(duì)我國(guó)乙烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)革命性影響。