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27
2026
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07
Nat. Commun.: 从分子到模块，连续流碳分子筛中空纤维膜重塑乙烯/乙烷分离
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背景
乙烯/乙烷分离是石化工业中*典型、也是*耗能的过程之一，目前主要依赖深冷精馏，约占全球能源消耗的0.3%。由于两者在分子尺寸与物化性质上的高度相似，实现*分离始终是膜技术走向工业化的关键瓶颈。尽管膜分离被视为低能耗替代方案，但现有材料体系各有局限：聚合物膜易加工却选择性不足，而MOF等晶态多孔材料虽具备亚埃级筛分能力，却难以规模化制备且容易产生缺陷。混合基质膜（MMM）在一定程度上兼顾两者优势，但在高压工况下易发生塑化效应，且界面不匹配导致非选择性通道的形成，始终难以实现稳定、高性能与可制造性的统一。
创新
近日，华东理工大学徐至教授团队提出了一种“连续流多尺度工程”策略，将MOF与生物质来源聚合物在连续流过程中构建稳定前驱体，并通过后续碳化转化为混合基质碳分子筛中空纤维膜，实现从材料到器件的一体化设计。其核心在于“界面与结构的协同调控”：通过分子级缠结调控，实现MOF与聚合物的均匀分散与高界面结合强度；在热转化过程中形成连续的无机-无机碳纳米相，避免传统界面缺陷；构建由“收缩喉道—连续相—开放储层”组成的三相异质纳米结构；这种多级结构不仅提供了低阻力传输路径，还实现了亚纳米尺度的*筛分，使乙烯能够快速通过，而乙烷被有效阻隔。最终，该膜在实际条件下表现出：C₂H₄/C₂H₆选择性高达 75（20 bar条件下），在高压运行下稳定超过 21 天，实现 125 cm² 规模膜组件并保持性能。
意义
该工作打通了膜材料从“分子设计”到“工程放大”的关键路径，*实现了亚埃级筛分能力在连续制造与模块化器件中的有效转化。相比传统研究停留在材料性能层面，这一策略更强调制造兼容性与实际工况稳定性，为膜技术真正进入石化工业提供了现实基础。从更宏观的角度看，该研究提出了一种通用方法论：通过连续流加工与热转化，将复杂多相结构转化为功能统一的碳纳米体系，从而同时解决性能、稳定性与规模化问题。这不仅适用于乙烯分离，也为其他高难度气体分离（如CO₂捕集、氢气纯化等）提供了可推广的技术路线，有望推动膜分离从实验室走向工业应用。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/TEdHwi7Q0WDlUpl5KR_Oaw
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