浙大科學家在乙炔乙烯氣體分離技術方面獲突破

浙江大學科學家及國際合作者發明了一種新工藝，極大地提高了人類分離乙烯和乙炔這兩種氣體的技術水平，樹立了新的標桿。研究論文發表在最新一期著名期刊《科學》上，并被其在線版率先報道。

　　浙大化學工程和生物工程學院邢華斌教授實驗室聯合美國、愛爾蘭、荷蘭等國科學家開展的這項研究，尋找出一種能夠吸附乙炔的新型多孔材料，從而實現高效、大量地把乙炔和乙烯分離開來。他們還闡明了這種材料的結構和工作機理。

　　乙烯和乙炔都是非常重要的化工原料，生產合成纖維、塑料，從飛機到手機所需的功能材料都離不開它們。乙炔被譽為“有機化工之母”，乙烯生產的技術水平、產量和規模則標志著一個國家石油化工業的發展水平。但是，乙烯和乙炔總是彼此混合在一起，無論是從石油、煤炭還是頁巖氣中裂解都是如此。分離這兩種氣體是化學工業長期研究的課題。

　　邢華斌說，分離乙烯和乙炔遇到的一大難題是在專一性和大容量吸附之間“魚和熊掌不可兼得”。這其實是氣體分離中普遍存在的現象。能夠專一性吸附目標氣體的材料，往往吸附的量不高；吸附容量高的材料，專一選擇目標氣體的能力又難以令人滿意。“就像一個蹺蹺板，一頭沉下去，另一頭就得翹起來。”邢華斌說。各國化工業界多年來進行了大量研究，但始終難以理想地解決這個蹺蹺板的難題。

　　現在，邢華斌及合作者的工作實現了“魚和熊掌兼得”。他們為多孔材料設計了合適的結構，并且適當地調控了其中能夠吸附乙炔的陰離子的空間幾何分布。在邢華斌團隊的實驗室里，記者看到了一個采用這種工藝的小型實驗裝置，當混合氣體通過材料時，只有乙炔分子會被巧妙地攔截下來，乙烯則被放行。

　　在這個過程中起到關鍵作用的是陰離子，這一規律是邢華斌團隊此前嘗試使用離子液體吸收乙炔時發現的，現在又被用到三維網狀結構的固體材料中。“這種材料的表面積很大，3克重的材料，如果把表面鋪開，能有足球場這么大。”邢華斌表示，乙炔分子有序地嵌入材料之中，保證了高吸附容量。實驗數據表明，新材料的工作吸附容量是目前已知最佳吸附劑的5.7倍，同時又保持了很好的分離選擇性。“這是對現有乙炔和乙烯分離技術的突破性發展。”邢華斌說，《科學》雜志的3位審稿人都給出了極高評價。

　　工業界目前花在制備乙烯上的代價高昂。因為難以找到有效分離辦法，目前工業上主要通過催化將乙炔轉化成乙烯，所需催化劑是昂貴的金屬鉑等。另外，現有的乙烯分離過程中需要反復多次制冷。“制備100萬噸乙烯，要消耗近85萬噸標準煤。”邢華斌介紹，2015年，全球乙烯產能達1.6億噸，背后是驚人的能耗。

邢華斌表示，新工藝有望大幅度降低分離乙炔和乙烯的能耗，產業化前景看好。“我們已經申請了若干項專利，著手尋找合作伙伴開展成果轉化。”邢華斌說，我國目前制備乙烯的許多工藝還依賴進口，而這項新工藝體現了中國智慧。用新型多孔材料分離乙炔乙烯還為氣體分離技術發展提供了全新思路。邢華斌說，類似的方法還可以用于燃煤脫硫、捕集溫室氣體等。