中國青年報客户端訊 (姜畔 楊芳 中青報·中青網記者 李潤文) 為實現二氧化碳(CO2）和甲烷(CH4）的高效分離，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗顧學紅教授團隊經過多年研究在沸石分子篩膜領域取得新進展，製備出了一種高性能天然氣脱碳分子篩膜。日前，這一成果以“沸石分子篩骨架柔性調控實現超高選擇性二氧化碳分離”論文形式刊發於國際頂級期刊《自然﹒通訊》。
在雙碳戰略背景下，發展清潔能源，實現二氧化碳（CO2）分離與捕集是工業過程減排的重要途徑。
“天然氣中含有的二氧化碳會降低燃料熱值並腐蝕輸送管道，因此天然氣進入輸送管網前需進行脱碳處理。”顧學紅教授介紹説，天然氣碳排放量遠低於煤碳和石油，是相對潔淨的化石能源，在未來的能源結構調整中天然氣將發揮重要作用，對其進行脱碳處理是一個關鍵的生產環節。
論文共同第一作者、博士生杜鵬表示，當前市場上胺吸收法脱碳工藝雖比較成熟，但是該工藝一方面增加了能耗，另一方面損失的有機胺也會污染環境。因此，一個用於天然氣脱碳的好“篩子”很受市場關注，現在的聚合物膜“篩子”脱碳時甲烷損失高，在高二氧化碳濃度下容易發生塑化，影響脱碳效果。
“與聚合物膜‘篩子’相比，沸石分子‘篩子’能揚長避短。”論文共同第一作者王學瑞教授介紹説，沸石分子‘篩子’孔徑均一、分離性能和穩定性高。
顧學紅形象地介紹道，譬如篩豆子時將大的留在上面，篩掉小的，沸石分子篩膜也製作了一張“特殊”的篩網，篩分大小不同的氣體分子。沸石分子‘篩子’孔徑為0.36 納米，二氧化碳分子直徑為0.33納米，甲烷分子為0.38納米，這樣二氧化碳就被篩出來了。
“篩出的1172個二氧化碳分子僅混有1個甲烷分子，效能遠高於聚合物膜‘篩子’。”王學瑞介紹，全硅型DD3R分子篩膜是理想的天然氣脱碳膜材料，但容易變形。鑑於此，課題組提出一種策略，即通過快速升温、瞬時熱解（700 ℃），調控DD3R分子篩骨架柔性，再在中等温度（550 ℃）下連續煅燒脱除模板劑，做出高效“篩子”。
團隊合影。受訪者提供
顧學紅表示，未來，團隊將重點關注二氧化碳，氫氣和稀有氣體等氣體分離領域。團隊長期致力於分子篩膜的研究，所開發的透水分子篩膜在有機溶劑與水的分離已實現規模化工業應用，涉及乙醇、異丙醇、四氫呋喃等10餘種溶劑，建成工業裝置已有300多套。