肖強(qiáng)研究員與國(guó)際著名科研團(tuán)隊(duì)合作在沸石分子篩膜領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
近日,我校含氟新材料研究所肖強(qiáng)研究員與國(guó)際著名膜科學(xué)家、美國(guó)工程院院士M. Tsapatsis教授團(tuán)隊(duì)合作,在國(guó)際頂級(jí)刊物《Nature Materials》上以全文(Article)形式發(fā)表了題為“One-dimensional intergrowths in two-dimensional zeolite nanosheets and their effect on ultraselective transport”的研究論文,并同刊得到了國(guó)際頂尖科學(xué)家J. Caro教授和J. Kärger教授的推薦點(diǎn)評(píng)。
工業(yè)中混合物的分離約占到整個(gè)世界總能耗的10~15%,發(fā)展低能耗的工業(yè)分離過(guò)程始終是科技界的重要使命。沸石分子篩膜以其多孔性、耐溶脹、分子篩分等特性,在溶劑除水和氣體分離方面展現(xiàn)了很好的分離效率,取得了重要應(yīng)用。采用沸石分子篩膜對(duì)沸點(diǎn)相近的烴類(如二甲苯)異構(gòu)體進(jìn)行分離,有望在大幅降低能耗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效分離,一直是科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。MFI型沸石分子篩是一種廣泛應(yīng)用的催化劑和吸附劑,其孔徑介于對(duì)二甲苯(PX)和鄰二甲苯(OX)之間,非常適合二甲苯異構(gòu)體的分離。
對(duì)二甲苯(PX)是聚酯工業(yè)的重要原料,廣泛應(yīng)用于纖維、膠片、薄膜、樹脂和飲料等食用品包裝的生產(chǎn),是芳烴產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)化工原料。高性能MFI沸石膜的成功研發(fā)有望大幅降低二甲苯異構(gòu)體混合物的分離能耗,對(duì)PX行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。
團(tuán)隊(duì)前期研究結(jié)果表明,通過(guò)剝離多層MFI沸石(ML-MFI)可以制得開孔、可分散的二維(2D)MFI納米片,將其沉積在載體上直接制備了具有異構(gòu)體分離性能的MFI沸石膜。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)2D MFI納米片做了進(jìn)一步電子顯微學(xué)研究,首次在2D MFI納米片上發(fā)現(xiàn)了共生的一維(1D)MEL沸石,通過(guò)計(jì)算模擬表明2D MFI中的1D MEL具有更剛性的孔結(jié)構(gòu),能產(chǎn)生更高的選擇性。以此為指導(dǎo),實(shí)驗(yàn)上制備了MFI沸石膜,對(duì)非稀釋等摩爾的對(duì)/鄰二甲苯混合物分離顯示了前所未有的分離性能,在300℃下,PX通量達(dá)到0.5×10-3 mol m-2 s-1,分離因子為60,創(chuàng)造了新的世界記錄,極大地推動(dòng)了MFI沸石膜的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
浙江師范大學(xué)
2021-04-30