芳烴-脂肪烴分離是一個具有挑戰性但重要的工業過程，滲透蒸發膜技術具有分離這些混合物的潛力。
在此，北京工業大學安全福教授和王乃鑫教授等人開發了一種定向單層多面體（OMP）膜，它由單層有序多面體顆粒組成，并由超支化聚合物錨定。它包含高密度的直接選擇性納米通道，能夠優先傳輸芳香族分子。與傳統的隨機取向混合基質膜相比，OMP膜提高了C6和 C7化合物，性能比現有膜高出3到10倍，這種高性能證明了OMP膜在烴類分子分離方面的潛力及其在石腦油原料增值分離中的應用。
相關文章以“Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane”為題發表在Science上。
乙烯等輕質烯烴是重要的石化產品，全球年產量達到數億噸，石腦油蒸汽裂解用于生產>50%的輕質烯烴。然而，裂解工藝是石化工業中能源最密集的單一工藝。石腦油中不能參與裂解反應的芳烴會給爐內結焦，降低收率，增加成本。“分子精煉”提供了一種最大化所有補料分子價值的方法，通過重構石腦油的成分，分離芳烴和脂肪烴，可以獲得理想的蒸汽裂解原料和高附加值的芳烴產品原料。據報道，吸附方法（包括模擬移動床）對于從多組分模型混合物中分離芳香族-脂肪族是有效的。作為一種替代技術，滲透蒸發膜技術也顯示出在液相分子分離方面的潛力，因為它的能耗低、效率高，并且可以集成到其他工藝中，這為石腦油中芳香族-脂肪族碳氫化合物的高效分離提供了理論可能性。
然而，分離芳香族-脂肪族碳氫化合物具有挑戰性，因為它們具有相似的物理化學性質和易共沸物。它們具有相似的動力學直徑和糾纏的分子構型，因此尺寸篩分效應無法確保這兩種類型的分子的精確分離。大多數關于芳烴-脂肪族碳氫化合物滲透蒸發的研究都是基于芳香族友好型聚合物膜。這些膜依賴于芳香族分子的極化與極性官能團誘導的離域π電子，導致芳香族和脂肪族分子在膜中的擴散行為不同，從而實現分離。然而，聚合物膜的無序交聯網絡結構具有曲折的納米通道，孔徑分布相對較大，這抑制了滲透性和選擇性的提高。混合基質膜基于具有規則多面體形態的多孔晶體材料，可以通過在膜內創建多個低電阻選擇性傳輸通道來改善其性能。不幸的是，由于填料的低負載和無序團聚，高性能傳輸路徑經常被多段聚合物基質阻塞。優化晶體顆粒的空間排列可以創建明確的路徑，從而增強快速和選擇性的分子傳輸。
基于這種理解，本文的方法旨在充分合理地利用多孔晶體材料規則多面體的結構特性來構建有序、密集分布和互連的選擇性分子傳遞通道。作者提出了一種使用金屬有機框架 （MOF）材料創建定向單層多面體（OMP）膜的分步旋涂方法，將具有規則八面體結構的 MOF 顆粒組裝在多孔襯底上，然后用聚合物密封顆粒之間的間隙。這些膜具有相互連接的直通道，非常適合通過滲透蒸發超快速分離芳烴-脂肪烴（圖1A?）。OMP膜包含高密度分布的定向單層MOF顆粒，提供主導分子轉運過程的快速和選擇性通道，錨定MOF相的聚合物賦予膜出色的柔韌性和耐用性。作為概念驗證，設計了一種兩級級聯分離工藝，以證明 OMP 膜在石腦油系統中分離碳氫化合物的高穩定性。
圖4：模型石腦油系統的分離性能和膜的耐久性的評價。
YHao Sun, Naixin Wang*, Yinghui Xu, Fengkai Wang, Jun Lu, Huanting Wang, Quan-Fu An*,?Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane, Science,
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