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02
2026
-
04
Nat. Commun.: 石墨烯启发多孔聚合物，一步实现乙烷/乙烯分离与甲烷纯化
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背景
乙烯与甲烷分别是化工与能源领域的核心原料，但在实际天然气与裂解气体系中，它们往往与乙烷、丙烷等烃类混合存在，须经过复杂分离才能使用。当前主流技术如低温精馏不仅能耗巨大（乙烯分离每年消耗约800 PJ能量），还带来高成本与碳排放问题。吸附分离材料（如MOF、COF等）虽取得一定进展，但仍面临选择性不足或吸附容量有限等问题。尤其是乙烷/乙烯分离，由于两者分子结构与物性极为接近，始终是工业分离中的难题之一。因此，开发兼具高选择性与高容量的新型吸附材料具有重要意义。
创新
近日，美国德克萨斯农工大学周宏才教授团队设计了一种石墨烯启发的多孔聚合物网络材料（PPN-20），实现多组分气体的一步分离：
超微孔结构调控：构建亚纳米孔径网络，使气体分子在孔道中产生尺寸与相互作用协同筛分；
选择性C–H···π相互作用：通过非极性孔环境优先捕获乙烷与丙烷，实现对乙烯与甲烷的区分；
多组分分离能力：
C₂H₆/C₂H₄选择性达2.2；
C₂H₆/CH₄高达368.2；
C₃H₈/CH₄高达294,336（目前*高水平）；
高吸附容量：在298 K、1 bar下，乙烷与丙烷吸附量分别达3.93和5.98 mmol/g；
一步分离策略：可从C₃H₈/C₂H₆/CH₄混合气中直接纯化甲烷，同时实现乙烷/乙烯分离；
优异稳定性：具备良好的热稳定与化学稳定性，适用于工业环境。
该材料通过“孔结构+分子相互作用”双重设计，实现了对短链烃的识别与捕获。
意义
该工作为气体分离材料设计提供了重要启示：
从传统“尺寸筛分”扩展至“弱相互作用驱动的选择性吸附”；
实现多组分气体的一步分离，显著降低工艺复杂性；
相比MOF体系，PPN具有更高稳定性、更低成本及更易规模化制备；
在天然气净化、乙烯生产及碳减排领域具有广阔前景。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/UGhiXF9YRnA_lqN2TlU0Cg
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