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肖强研究员与国际著名科研团队合作在沸石分子筛膜领域取得重要进展

发布时间 2020-03-05   发布人: 含氟新材料研究所   浏览次数: 19


 近日,我校含氟新材料研究所肖强研究员与国际著名膜科学家、美国工程院院士M。 Tsapatsis教授团队合作,在国际顶级刊物《Nature Materials》上以全文(Article)形式发表了题为“One-dimensional intergrowths in two-dimensional zeolite nanosheets and their effect on ultraselective transport”的研究论文,并同刊得到了国际顶尖科学家J。 Caro教授和J。 Kärger教授的推荐点评。

 工业中混合物的分离约占到整个世界总能耗的10~15%,发展低能耗的工业分离过程始终是科技界的重要使命。沸石分子筛膜以其多孔性、耐溶胀、分子筛分等特性,在溶剂除水和气体分离方面展现了很好的分离效率,取得了重要应用。采用沸石分子筛膜对沸点相近的烃类(如二甲苯)异构体进行分离,有望在大幅降低能耗的基础上实现高效分离,一直是科学界和产业界的研究热点。MFI型沸石分子筛是一种广泛应用的催化剂和吸附剂,其孔径介于对二甲苯(PX)和邻二甲苯(OX)之间,非常适合二甲苯异构体的分离。

 对二甲苯(PX)是聚酯工业的重要原料,广泛应用于纤维、胶片、薄膜、树脂和饮料等食用品包装的生产,是芳烃产业链的基础化工原料。高性能MFI沸石膜的成功研发有望大幅降低二甲苯异构体混合物的分离能耗,对PX行业持续健康发展具有重要意义。

 团队前期研究结果表明,通过剥离多层MFI沸石(ML-MFI)可以制得开孔、可分散的二维(2DMFI纳米片,将其沉积在载体上直接制备了具有异构体分离性能的MFI沸石膜。研究团队对2D MFI纳米片做了进一步电子显微学研究,首次在2D MFI纳米片上发现了共生的一维(1DMEL沸石,通过计算模拟表明2D MFI中的1D MEL具有更刚性的孔结构,能产生更高的选择性。以此为指导,实验上制备了MFI沸石膜,对非稀释等摩尔的对/邻二甲苯混合物分离显示了前所未有的分离性能,在300℃下,PX通量达到0。5×10-3 mol m-2 s-1,分离因子为60,创造了新的世界记录,极大地推动了MFI沸石膜的产业化进程。

 

 


 现代科学研究越来越注重多学科、全领域合作,该工作凝聚了多位材料合成、电子显微学、计算机化学、膜分离领域研究人员持续共同努力。含氟新材料研究所肖强研究员与国际著名膜科学家、美国工程院院士M. Tsapatsis教授团队一直在沸石膜领域开展合作,本工作是继合作研究MFI沸石纳米片膜(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 7184)之后的又一标志性成果。

 该工作得到了国家自然科学基金面上项目(21471131)和浙江省中青年学科带头人项目的资助。


    论文链接:


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