10月29日從太原理工大學了解到, 國際頂級學術期刊Science雜誌10月26日線上發表了太原理工大學作為第一單位的研究論文《具有鐵-過氧陰離子位點的金屬有機框架物用於乙烷/乙烯分離》. 該研究成果不僅實現了乙烷-乙烯吸附反轉, 而且製備出了高效乙烷吸附劑, 可對不同濃度的乙烷乙烯混合物一步分離得到聚合級乙烯.
該研究成果是在太原理工大學副校長, 化學與化學工程學院李晉平教授帶領下完成的. 李晉平在接受記者採訪時表示, 乙烯生產技術水平是一個國家石油化工發展水平的重要標誌. 傳統乙烯的工業製備是通過乙烷高溫裂解進行, 產物是乙烷和乙烯的混合物. 工業上常用多步多級的低溫精餾分離技術, 將該混合物分離得到純度在99.95%以上的工業標準乙烯. 該過程需要消耗大量能量, 乙烯成本中大約75%都用在這一環節.
李晉平教授團隊在國際上第一次利用氧分子先與Fe-MOF材料中的不飽和空位結合, 有效阻擋不飽和金屬空位與乙烯間的π鍵相互作用, 顯著降低乙烯吸附量. 同時, 新構建的Fe-O2基團能對乙烷顯示出更強的吸附親和力, 實現吸附乙烷強於乙烯, 達到選擇性脫除乙烯中雜質乙烷的目的. 這一成果不僅巧妙地實現了乙烷-乙烯吸附反轉, 也製備出迄今最高效的乙烷選擇吸附劑, 使不同濃度的乙烷乙烯混合物一步分離得到聚合級乙烯. 更重要的是, 這種簡單巧妙的思路可望應用於其他MOFs中, 為乙烷乙烯分離吸附劑的選擇開闢出一條新途徑.
李晉平介紹, 目前研究的主要亮點, 一是發現了含有鐵-超氧位點的MOF對乙烷的吸附能力比乙烯更強. 二是實現了在室溫常壓下高效分離制99.99%純度的乙烯. 他們研究團隊已經製備出來了一種新型的MOF材料, 並根據中子粉末衍射以及理論計算髮現Fe-O2可吸附乙烷的活性. MOF是孔洞結構, 乙烯和乙烷分子可以很好地穿過它, 從而增加了吸附幾率.
近年來, 乙烯行業仍處於快速發展期, 作為世界第二大乙烯生產國, 我國乙烯產量和收率也不斷提升, 2017年我國乙烯產量為1846.3萬噸, 乙烯平均收率為32.9%. 未來幾年, 隨著我國大型新建乙烯裝置的陸續竣工, 加上煤制烯烴產能建設勢頭不減, 乙烯產能將集中釋放. 業內人士稱, 該研究成果的推廣應用將對我國乙烯產業的發展帶來革命性影響.