中國青年報客戶端訊(姜畔 楊芳 中青報·中青網記者 李潤文) 為實現二氧化碳(CO2）和甲烷(CH4）的高效分離，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗顧學紅教授團隊經過多年研究在沸石分子篩膜領域取得新進展，制備出了一種高性能天然氣脫碳分子篩膜。日前，這一成果以“沸石分子篩骨架柔性調控實現超高選擇性二氧化碳分離”論文形式刊發于國際頂級期刊《自然﹒通訊》。
在雙碳戰略背景下，發展清潔能源，實現二氧化碳（CO2）分離與捕集是工業過程減排的重要途徑。
“天然氣中含有的二氧化碳會降低燃料熱值并腐蝕輸送管道，因此天然氣進入輸送管網前需進行脫碳處理。”顧學紅教授介紹說，天然氣碳排放量遠低于煤碳和石油，是相對潔淨的化石能源，在未來的能源結構調整中天然氣将發揮重要作用，對其進行脫碳處理是一個關鍵的生産環節。
論文共同第一作者、博士生杜鵬表示，當前市場上胺吸收法脫碳工藝雖比較成熟，但是該工藝一方面增加了能耗，另一方面損失的有機胺也會污染環境。因此，一個用于天然氣脫碳的好“篩子”很受市場關注，現在的聚合物膜“篩子”脫碳時甲烷損失高，在高二氧化碳濃度下容易發生塑化，影響脫碳效果。
“與聚合物膜‘篩子’相比，沸石分子‘篩子’能揚長避短。”論文共同第一作者王學瑞教授介紹說，沸石分子‘篩子’孔徑均一、分離性能和穩定性高。
顧學紅形象地介紹道，譬如篩豆子時将大的留在上面，篩掉小的，沸石分子篩膜也制作了一張“特殊”的篩網，篩分大小不同的氣體分子。沸石分子‘篩子’孔徑為0.36 納米，二氧化碳分子直徑為0.33納米，甲烷分子為0.38納米，這樣二氧化碳就被篩出來了。
“篩出的1172個二氧化碳分子僅混有1個甲烷分子，效能遠高于聚合物膜‘篩子’。”王學瑞介紹，全矽型DD3R分子篩膜是理想的天然氣脫碳膜材料，但容易變形。鑒于此，課題組提出一種策略，即通過快速升溫、瞬時熱解（700 ℃），調控DD3R分子篩骨架柔性，再在中等溫度（550 ℃）下連續煅燒脫除模闆劑，做出高效“篩子”。
顧學紅表示，未來，團隊将重點關注二氧化碳，氫氣和稀有氣體等氣體分離領域。團隊長期緻力于分子篩膜的研究，所開發的透水分子篩膜在有機溶劑與水的分離已實現規模化工業應用，涉及乙醇、異丙醇、四氫呋喃等10餘種溶劑，建成工業裝置已有300多套。
來源：中國青年報客戶端
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