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丙烯是世界上產量最大的化工品之一，也是重要的基礎化工原料。在工業生產中，丙烯與丙烷總是在一起，而且大小非常接近，兩者分子尺寸差異僅為0.4埃，相當于百分之四個納米，因此，丙烯與丙烷的精準快速分離極具挑戰性。

分子篩分是實現尺寸相似物質高選擇性識別的關鍵機理。其基本原理就是僅允許尺寸比吸附劑孔口小的分子進入孔道，尺寸大的分子被阻擋。

“為了提高烯烴通過速率，工業中常用高溫‘驅趕’氣體快點‘跑’。”邢華斌說，但這種方式降低了吸附劑的工作容量，增加了分離過程能耗，不利于工業大規模推廣。因此，如何在有限空間里實現物質快速傳遞，即化學工程的“限域擴散傳質”，一直是前沿研究問題。

為了讓分離過程更快，研究團隊采用“兩頭小中間大”的篩分孔道，在孔道的進口和出口分別設置“隔離墩”來阻擋丙烷分子。丙烯進入后，能快速通過“中間寬”的孔道，擴散系數相比之前的分子篩材料提高了1到2個數量級。通過ZU-609分子篩，研究人員可從等摩爾丙烯丙烷混合氣中分離得到99.97%純度丙烯。同時，分子篩材料表現出優異的脫附再生能力，常溫下通過氮氣吹掃或抽真空減壓就可以實現材料完全再生。

“我們研制的新型分子篩，既能快速拉住通過其中的丙烯分子，也能快速‘放手’，這為高效低碳分離丙烯奠定了基礎。”楊立峰說，變壓吸附計算結果表明，ZU-609丙烯分離能耗是之前報道的分子篩材料的1/2，丙烯生產效率提高2倍。

“我們的研究為微孔擴散傳質強化這一化學工程核心問題提供了新思路。”邢華斌介紹，這有利于超高純電子化學品的國產化制備。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abn8418