成果上新！浙大科创高纯化学品分离智造团队采用新策略实现乙炔/二氧化碳高效分离

制备具有高附加值高纯气体对化工行业来说意义重大，但这并不是一件容易的事情，我们往往会在一种气体里发现各种杂质，如何有效分离杂质就显得格外重要。

乙炔是一种非常重要的有机化工基础原料，在石化工业中，乙炔主要通过甲烷部分燃烧或石油的蒸汽裂解产生，不可避免地会引入二氧化碳杂质，乙炔的纯化是工业中亟待解决的问题。

但是，二氧化碳的结构却和乙炔非常相似，这就使得捕捉分离变得不那么容易，这就好比你要用一张网去捕鱼，既要网住鱼A，又要剔除一样个头大小的鱼B，这是一件难以完成的工作，但最近浙大科创高纯化学品分离智造团队+浙大低碳烃与药物分离课题组就“编织”出了这么一张神奇的“网”。

他们报道了一类新型离子多孔聚合物P(Ph3ImBr-nDVB)，制备了兼具丰富的微孔孔隙和高密度的离子位点的离子多孔聚合物，第一次实现了离子多孔聚合物对于乙炔/二氧化碳的高效分离，并且表现出良好的稳定性和优秀的循环使用性能。

近期，相关成果已发表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2023, 2214887）上，文章的第一作者是浙江大学博士生潘罕骞，浙江大学杭州国际科创中心锁显研究员和浙江大学邢华斌教授为共同通讯作者。

“传统纯化乙炔的方法主要是溶剂萃取和低温精馏，存在成本和能耗高等问题，”研究人员介绍，乙炔和二氧化碳的沸点（乙炔沸点189.3 K，二氧化碳沸点194.7 K）非常相近，而且两者具有相同的动力学尺寸（3.3 Å），传统的吸附材料难以有效地对乙炔和二氧化碳的混合物进行分离。

研究人员表示，他们制备的一类兼具丰富微孔孔隙和高密度离子位点的离子多孔聚合物，利用阴离子对乙炔的二氧化碳亲和性的差异，在多孔聚合物中引入高密度离子位点，同时构建丰富的微孔孔隙，实现乙炔/二氧化碳的高效分离。

图1. 离子多孔聚合物P(Ph3ImBr-nDVB)的构筑示意图及与其它离子多孔聚合物的孔结构和离子密度性能参数对比图

研究通过一种简单的共聚策略，采用支链化离子单体Ph3ImBr与刚性交联剂对二乙烯基苯（DVB）进行共聚，实现了对离子多孔聚合物的孔结构和功能性的成功调控。由于DVB交联剂的引入，有效地阻止了离子聚合物片段的密集堆积，促进交联丰富孔隙的形成。这就好比是一张特殊的“网”，对乙炔非常敏感，通过丰富的孔隙，它们最终把乙炔捕捉住，并不影响二氧化碳的正常通行。

图2. 离子多孔聚合物的乙炔/二氧化碳分离性能

和再生稳定性能评估

这一发现，不仅为构建集丰富微孔和离子位点于一体的离子多孔聚合物提供了一种有效的策略，而且为分离结构相似气体分子的功能化材料的发展提供了新的启示。

我们期待在不久的未来，多孔材料的吸附分离方法能够作为低能耗技术，成为更具市场前景的气体分离纯化替代技术。

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求是科创学者 锁显

浙江大学杭州国际科创中心求是科创学者。2013年获厦门大学工学学士学位，2018年获浙江大学博士学位。2018年入职浙江大学进行博士后研究，2019年至2021年期间，赴美国田纳西大学从事博士后研究，2022年2月入选浙江大学杭州国际科创中心“科创百人”人才计划。面向高纯气体制备的需求，主要从事痕量杂质脱除、碳捕集、分离材料设计等方向的研究，发表40余篇学术论文，其中以第一或通讯作者在Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition等期刊发表论文12篇，授权国家发明专利3项，主持或参与多项国家自然科学基金、省部级项目等。

加盟科创中心以来，已在Journal of the American Chemical Society、Chem Catalysis等国际高水平期刊发表多篇文章，主持或参与国家自然科学基金面上项目、国家重大仪器研制项目、国家重点研发计划、省尖兵领雁计划等项目子课题，承担与参与多项企业合作项目。

文字：吴瑶瑶

本文编辑：孔晓睿

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