第一作者：Li-Ping Guo，Ru-Shuai Liu，Jianhao Qian

通訊作者：陸安慧，郝廣平， 王奉超

通訊單位：大連理工大學，中國科學技術大學

陸安慧，教授，大連理工大學博士生導師，校長助理，精細化工國家重點實驗室副主任，遼寧省低碳資源高值化利用重點實驗室主任，國家杰出青年科學基金獲得者、教育部新世紀優秀人才支持計劃入選者。已發表論文260余篇，被引24400余次，H-index為72，出版英文專著2部，申請專利55件，獲得授權專利35件，國際專利PCT階段3項，主權國家階段5項，授權1項。聚焦能源高效清潔利用領域，主要從事多孔材料的制備及在能源催化轉化過程中的基礎和應用研究。

郝廣平，大連理工大學教授，博士生導師，國家級青年人才計劃入選者、遼寧省“興遼計劃”青年拔尖人才、大連市高端引進人才、洪堡學者、歐盟瑪麗居里學者。主持國家人才引進計劃項目、國家自然科學基金、中央高校支持計劃基金、遼寧省興遼計劃項目、大連市高層次人才項目、中石化技術開發項目等，國家重點研發計劃骨干人員。主要從事能源化工催化分離研究，研究方向包括納米炭等多孔材料制備、氣體分離與純化、碳捕集與催化轉化等。發表研究論文80余篇，他引6000余次。獲中國科學院獎學金、屈伯川獎學金等獎勵榮譽。

王奉超，中國科學技術大學特任教授、博士生導師。于中國科學技術大學近代力學系從事博士后研究并留校工作。曾在英國曼徹斯特大學物理與天文學系諾貝爾獎得主Andre Geim教授課題組進行學術訪問。主要從事微納尺度固液界面力學問題研究，研究內容包括：界面潤濕、納米流動、受限液體以及非常規油氣資源開發中限域傳質的微觀力學機理。發表SCI論文60余篇，他引3000余次，2019年獲得國家自然科學基金委優秀青年基金資助。

?論文速覽

丙烯（C₃H₆）作為生產多種化學品和材料的基本原料，尤其是聚丙烯，其與丙烷的分離在化學工業中具有重要意義。然而，由于它們的分子大小和揮發性非常接近，使得分離工作面臨挑戰。本研究開發了一種新型的表面篩分碳吸附劑，用于丙烯和丙烷（C₃H₆和C₃H₈）的高效分離。

與傳統的能耗較高的分餾過程相比，基于吸附的分離過程因其高選擇性和吸附容量而受到青睞。本研究中的表面篩分碳材料，通過精確的孔徑設計，實現了對丙烯和丙烷的有效分離。

?圖文導讀

圖1：表面SCS的結構特征。

圖2：吸附熱力學和柱穿透數據。

圖3：吸附動力學和分離機理。

圖4：突破性的性能和雙床VPSA和VSA模擬。

總結展望

本研究開發的表面篩分碳材料（SCS）在丙烯/丙烷分離方面表現出卓越的性能。SCS-800樣品在動態條件下展示了高達190的動態選擇性，并且丙烯吸附量達到了2.0 mmol g^-1。通過理想吸附溶液理論（IAST）評估的分離選擇性在1 bar和298 K下達到了3166。此外，SCS-800在吸附熱（Qst）上的表現也優于許多報道的基準吸附劑，其Qst值范圍為25.2至35.0 kJ mol^-1，有利于能量有效的再生并避免了丙烯的齊聚和聚合。

公斤級制備的SCS-800在動態突破條件下仍保持172的C₃H₆/C₃H₈選擇性，表明其在實際應用中具有潛力。通過Aspen吸附模擬，使用兩床真空壓力擺動吸附（VPSA）過程，證明了SCS系列材料在分離和生產高純度丙烯方面的有效性。結合其簡便、可擴展的合成方法和卓越的穩定性，SCS型吸附劑為烯烴/石蠟的分離提供了實際的解決方案，并可能擴展到其他精細化學品、生物和醫療行業的分子分離。

文獻信息

標題：Surface sieving carbon skins for propylene and propane separation

期刊：Nature Chemical Engineering

DOI：10.1038/s44286-024-00075-9