在國際上..利用三種金屬有機框架(jià)材料協(xié)同吸附，實現了在四組份混(hùn)合氣體條件下，一步分離(lí)制備高純度乙烯，西工大“85後(hòu)”陳凱傑教(jiāo)授團隊這項研究成果為複雜工業分離體(tǐ)系下綠色低能耗工藝的研發(fā)提供一種(zhǒng)全新的設(shè)計思路。10月11日，該(gāi)研究(jiū)成果在《科學（Science）》雜志(zhì)上發表。

乙烯(xī)的高(gāo)純制備在初級(jí)化工原料生産中(zhōng)有(yǒu)着舉足輕重的作用(yòng)，傳統的乙烯分離方(fāng)法步驟繁多、成本較(jiào)高且能耗高。如何用更加節能高效的方式，實現乙烯的分離(lí)和純化？

“想要實現乙烯的一步分(fèn)離制備，就要使特定的(de)‘多孔MOF材料(liào)’選擇性地同時捕獲其他三種氣體，隻有乙烯不被吸附，從而單獨分離出來(lái)。這樣的(de)道理非常簡單(dān)，實踐起來卻絕(jué)非易事。”陳凱傑教(jiāo)授說。

提到“多孔材料”，我們會聯想到生活中(zhōng)常見的海綿。不過陳凱傑團隊所使用的“多孔材料”是金屬-有機(jī)框架材料，即由金屬(shǔ)離子和有機小(xiǎo)分子通過配位(wèi)鍵連接形成的原子三維有序排布的多孔晶體材料。該類材料中孔道大小通常小于2 納米(mǐ)。事實上，乙烯的(de)分子尺寸在四種氣體中(zhōng)并不是(shì).大或.小(xiǎo)，從分子尺寸角度想到的(de)“分子篩”辦(bàn)法行不通(tōng)。從分子作用力的角(jiǎo)度思考，如果乙烯分子的四極矩在四種(zhǒng)氣體中.大或.小，就傾向于和多孔材料之間形成.強(qiáng)或.弱的吸附力，也是一個分離乙烯的思路，但乙烯的分子四極矩(jǔ)恰恰(qià)也處于中間。

“正因為乙烯分子四極矩和尺寸都居中的特(tè)性(xìng)，以往的研究大(dà)多都聚焦在兩種氣體中分離乙烯，極少數研究實現了三種氣體中的乙烯提純。因為每增加一種氣體，想(xiǎng)要一步分離制備乙烯的難度(dù)就大得多。”談到當初的研究設想時(shí)，陳凱傑(jié)教授說(shuō)：“如果使用一種(zhǒng)材料(liào)無法一步将乙烯從四種氣體中過濾出來，那麼能否(fǒu)使用對特定氣體有.強吸附力的三(sān)種材料，分别來捕獲掉(diào)乙炔、乙烷、二氧化碳？隻要乙烯在這三種材料中都(dōu)不被吸附，那麼乙烯就(jiù)會.先從吸附柱末(mò)端流出富集。”

這個“腦洞大開”的想法.終成為了現實(shí)。陳凱傑團隊通過長時間的探(tàn)索與驗證，終于選定了三種具有特(tè)異性(xìng)孔道結構的MOF材料。每(měi)種材料都能優先吸附(fù)自己“喜歡”的一種氣體。這樣再把這(zhè)三種吸附材料(liào)以串聯的形式裝(zhuāng)填進單一吸附柱中，并.終實現了乙烯的一步分離純化。這種(zhǒng)串聯(lián)式(shì)的吸附柱(zhù)裝填方式，相(xiàng)較于串聯排布三個吸附柱，有望在未來的工業應用中大大降低分離裝置的尺(chǐ)寸和樣品(pǐn)活(huó)化程序。

這位在國際..學術期刊上發(fā)表論文的西工大(dà)青年教師陳凱傑，是一名1986年出生的(de)年輕教授。談及未來的(de)規劃，陳凱傑(jié)教授希望将這項研究拓展到能(néng)源化工領域内其它多種能源化工原料單體的分離(lí)純(chún)化工藝中。同時，也要努力實(shí)現材料的低成本化，模拟更加複雜的工業分離體系，讓成果有機會從(cóng)實驗室走出來，更好(hǎo)地服務于現實生活。

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