10月29日从太原理工大学了解到, 国际顶级学术期刊Science杂志10月26日在线发表了太原理工大学作为第一单位的研究论文《具有铁-过氧阴离子位点的金属有机框架物用于乙烷/乙烯分离》. 该研究成果不仅实现了乙烷-乙烯吸附反转, 而且制备出了高效乙烷吸附剂, 可对不同浓度的乙烷乙烯混合物一步分离得到聚合级乙烯.
该研究成果是在太原理工大学副校长, 化学与化学工程学院李晋平教授带领下完成的. 李晋平在接受记者采访时表示, 乙烯生产技术水平是一个国家石油化工发展水平的重要标志. 传统乙烯的工业制备是通过乙烷高温裂解进行, 产物是乙烷和乙烯的混合物. 工业上常用多步多级的低温精馏分离技术, 将该混合物分离得到纯度在99.95%以上的工业标准乙烯. 该过程需要消耗大量能量, 乙烯成本中大约75%都用在这一环节.
李晋平教授团队在国际上第一次利用氧分子先与Fe-MOF材料中的不饱和空位结合, 有效阻挡不饱和金属空位与乙烯间的π键相互作用, 显著降低乙烯吸附量. 同时, 新构建的Fe-O2基团能对乙烷显示出更强的吸附亲和力, 实现吸附乙烷强于乙烯, 达到选择性脱除乙烯中杂质乙烷的目的. 这一成果不仅巧妙地实现了乙烷-乙烯吸附反转, 也制备出迄今最高效的乙烷选择吸附剂, 使不同浓度的乙烷乙烯混合物一步分离得到聚合级乙烯. 更重要的是, 这种简单巧妙的思路可望应用于其他MOFs中, 为乙烷乙烯分离吸附剂的选择开辟出一条新途径.
李晋平介绍, 目前研究的主要亮点, 一是发现了含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强. 二是实现了在室温常压下高效分离制99.99%纯度的乙烯. 他们研究团队已经制备出来了一种新型的MOF材料, 并根据中子粉末衍射以及理论计算发现Fe-O2可吸附乙烷的活性. MOF是孔洞结构, 乙烯和乙烷分子可以很好地穿过它, 从而增加了吸附几率.
近年来, 乙烯行业仍处于快速发展期, 作为世界第二大乙烯生产国, 我国乙烯产量和收率也不断提升, 2017年我国乙烯产量为1846.3万吨, 乙烯平均收率为32.9%. 未来几年, 随着我国大型新建乙烯装置的陆续竣工, 加上煤制烯烃产能建设势头不减, 乙烯产能将集中释放. 业内人士称, 该研究成果的推广应用将对我国乙烯产业的发展带来革命性影响.