實(shí)現(xiàn)新型分離材料的規(guī)?；苽?，降低氣體分離的能耗，一直是能源化工行業(yè)需要攻克的難題。近日，南京工業(yè)大學(xué)顧學(xué)紅教授、王學(xué)瑞教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“胚胎沸石介導(dǎo)縫合成膜”新策略，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)高性能沸石分子篩膜，為工業(yè)氣體分離裝上了“精準(zhǔn)篩選器”。

　　沸石分子篩膜本質(zhì)上是一款亞納米級“氣體分子篩”，其表面布滿超小細(xì)孔，只讓特定尺寸的分子通過，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分離。“傳統(tǒng)沸石分子篩膜制備存在兩大痛點(diǎn)。一是膜層太厚，氣體分子穿過膜的阻力大、跑得慢;二是從實(shí)驗(yàn)室規(guī)格膜樣品放大到工業(yè)規(guī)格膜產(chǎn)品，容易出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致分離效果大打折扣。”顧學(xué)紅介紹說。

　　針對以上問題，研究團(tuán)隊(duì)潛心研究5年，提出“胚胎沸石介導(dǎo)縫合成膜”新策略，精準(zhǔn)破解了這兩大難題。研究團(tuán)隊(duì)成員游樂凱博士形象地比喻道：“傳統(tǒng)膜層內(nèi)縫隙的消除，就像在石子路上鋪瀝青，而新策略就像拿一根‘針線’，把沸石分子篩晶體從原子層面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)‘縫合’，形成‘無縫銜接’的分離膜。”

　　基于這一策略，團(tuán)隊(duì)取得了三大突破。王學(xué)瑞介紹說，一是沸石分子篩膜厚度降至560納米，降低了氣體穿透的阻力;二是二氧化碳與甲烷分離選擇性高達(dá)158，即每透過300個(gè)氣體分子，其中的甲烷分子數(shù)量不超2個(gè);三是制備出40厘米長、102根中空纖維分子篩膜組成的0.5平方米膜組件，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室樣品到工業(yè)級組件的跨越。經(jīng)過測試，該策略在國際沸石協(xié)會收錄的3種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的沸石分子篩中均適用，普適性良好。

　　膜的放大制備只是第一步，能否在真實(shí)工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行才是關(guān)鍵。團(tuán)隊(duì)將膜組件置于含2500ppm硫化氫、飽和濕度的沼氣提純工況下進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示，該膜組件穩(wěn)定運(yùn)行超過220天，能同步實(shí)現(xiàn)二氧化碳、水和硫化氫的滲透，經(jīng)住了嚴(yán)苛工況的考驗(yàn)。

　　顧學(xué)紅表示，該成果為沸石分子篩膜在天然氣提氦、天然氣(沼氣)脫碳、同分異構(gòu)體分離等工業(yè)氣體分離領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可行的技術(shù)路徑。目前，團(tuán)隊(duì)正推進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步放大，以實(shí)現(xiàn)其在工業(yè)現(xiàn)場更廣泛應(yīng)用。