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21
2026
-
07
ACS Nano: 用“碳纤维筛子”分离苯与环己烷
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背景
芳香烃与环状脂肪烃的分离，是石化工业中公认的“老大难”问题。以苯/环己烷体系为例，两者不仅沸点几乎相同（80.1 °C vs 80.7 °C），分子尺寸也*接近（约0.58 nm vs 0.61 nm），使传统蒸馏等方法能耗高、效率低。近年来，吸附分离因其节能、可再生等优势受到广泛关注，但高性能吸附材料往往依赖复杂结构（如MOF或有机框架），成本高、规模化困难。相比之下，碳分子筛（CMS）因其低成本和优异的化学稳定性被认为是理想候选，但其核心瓶颈在于：难以精确调控亚纳米孔径分布，从而限制选择性分离性能。
创新
近日，中国科学院大学环境材料与污染控制技术研究中心郝郑平教授团队提出了一种基于电纺纤维结构的碳分子筛新策略，通过调控酚醛树脂的电纺与热处理过程，实现了高度集中、可控的超微孔结构（约0.5–0.6 nm），并构建了富含sp²碳结构的吸附界面。这一“纤维化CMS”不仅在结构上实现了孔径*匹配，还通过π–π相互作用增强了对芳香分子的选择性吸附。实验与理论结果表明，该材料在苯/环己烷体系中表现出显著优势：静态吸附选择性达到6.8，动态突破实验中吸附比高达11.4，分离窗口超过2000 min g⁻¹。在更具挑战的甲苯/甲基环己烷体系中，优化后的材料甚至实现了选择性因子30+、分离窗口8300 min g⁻¹的优异性能，媲美甚至超越部分*框架材料。更重要的是，这种材料具备快速吸附–解吸能力和优异循环稳定性，兼顾性能与实用性。
意义
该工作从“结构调控”出发，为碳材料在复杂分子分离中的应用提供了一条切实可行的路径：通过电纺+热处理的可规模化方法，实现亚纳米级孔径*调控，从而突破传统CMS性能瓶颈。在工业层面，这种低成本、高选择性的纤维状碳分子筛，有望替代高能耗分离工艺，用于芳香烃纯化、加氢产物分离以及挥发性有机物治理等关键过程。更广泛来看，该研究将“孔结构工程”与“分子识别机制”深度融合，为发展新一代碳基吸附材料提供了重要设计思路，也为高难度分子分离问题提供了具有工程可行性的解决方案。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/pYhpK00m6x8_qy7RZ60XOQ
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