第一作者：Li-Ping Guo，Ru-Shuai Liu，Jianhao Qian

通訊作者：陸安慧，郝廣平， 王奉超

通訊單位：大連理工大學(xué)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

陸安慧，教授，大連理工大學(xué)博士生導(dǎo)師，校長助理，精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，遼寧省低碳資源高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃入選者。已發(fā)表論文260余篇，被引24400余次，H-index為72，出版英文專著2部，申請(qǐng)專利55件，獲得授權(quán)專利35件，國際專利PCT階段3項(xiàng)，主權(quán)國家階段5項(xiàng)，授權(quán)1項(xiàng)。聚焦能源高效清潔利用領(lǐng)域，主要從事多孔材料的制備及在能源催化轉(zhuǎn)化過程中的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。

郝廣平，大連理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國家級(jí)青年人才計(jì)劃入選者、遼寧省“興遼計(jì)劃”青年拔尖人才、大連市高端引進(jìn)人才、洪堡學(xué)者、歐盟瑪麗居里學(xué)者。主持國家人才引進(jìn)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中央高校支持計(jì)劃基金、遼寧省興遼計(jì)劃項(xiàng)目、大連市高層次人才項(xiàng)目、中石化技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目等，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃骨干人員。主要從事能源化工催化分離研究，研究方向包括納米炭等多孔材料制備、氣體分離與純化、碳捕集與催化轉(zhuǎn)化等。發(fā)表研究論文80余篇，他引6000余次。獲中國科學(xué)院獎(jiǎng)學(xué)金、屈伯川獎(jiǎng)學(xué)金等獎(jiǎng)勵(lì)榮譽(yù)。

王奉超，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)特任教授、博士生導(dǎo)師。于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系從事博士后研究并留校工作。曾在英國曼徹斯特大學(xué)物理與天文學(xué)系諾貝爾獎(jiǎng)得主Andre Geim教授課題組進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問。主要從事微納尺度固液界面力學(xué)問題研究，研究內(nèi)容包括：界面潤濕、納米流動(dòng)、受限液體以及非常規(guī)油氣資源開發(fā)中限域傳質(zhì)的微觀力學(xué)機(jī)理。發(fā)表SCI論文60余篇，他引3000余次，2019年獲得國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金資助。

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丙烯（C₃H₆）作為生產(chǎn)多種化學(xué)品和材料的基本原料，尤其是聚丙烯，其與丙烷的分離在化學(xué)工業(yè)中具有重要意義。然而，由于它們的分子大小和揮發(fā)性非常接近，使得分離工作面臨挑戰(zhàn)。本研究開發(fā)了一種新型的表面篩分碳吸附劑，用于丙烯和丙烷（C₃H₆和C₃H₈）的高效分離。

與傳統(tǒng)的能耗較高的分餾過程相比，基于吸附的分離過程因其高選擇性和吸附容量而受到青睞。本研究中的表面篩分碳材料，通過精確的孔徑設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)丙烯和丙烷的有效分離。

?圖文導(dǎo)讀

圖1：表面SCS的結(jié)構(gòu)特征。

圖2：吸附熱力學(xué)和柱穿透數(shù)據(jù)。

圖3：吸附動(dòng)力學(xué)和分離機(jī)理。

圖4：突破性的性能和雙床VPSA和VSA模擬。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)的表面篩分碳材料（SCS）在丙烯/丙烷分離方面表現(xiàn)出卓越的性能。SCS-800樣品在動(dòng)態(tài)條件下展示了高達(dá)190的動(dòng)態(tài)選擇性，并且丙烯吸附量達(dá)到了2.0 mmol g^-1。通過理想吸附溶液理論（IAST）評(píng)估的分離選擇性在1 bar和298 K下達(dá)到了3166。此外，SCS-800在吸附熱（Qst）上的表現(xiàn)也優(yōu)于許多報(bào)道的基準(zhǔn)吸附劑，其Qst值范圍為25.2至35.0 kJ mol^-1，有利于能量有效的再生并避免了丙烯的齊聚和聚合。

公斤級(jí)制備的SCS-800在動(dòng)態(tài)突破條件下仍保持172的C₃H₆/C₃H₈選擇性，表明其在實(shí)際應(yīng)用中具有潛力。通過Aspen吸附模擬，使用兩床真空壓力擺動(dòng)吸附（VPSA）過程，證明了SCS系列材料在分離和生產(chǎn)高純度丙烯方面的有效性。結(jié)合其簡便、可擴(kuò)展的合成方法和卓越的穩(wěn)定性，SCS型吸附劑為烯烴/石蠟的分離提供了實(shí)際的解決方案，并可能擴(kuò)展到其他精細(xì)化學(xué)品、生物和醫(yī)療行業(yè)的分子分離。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Surface sieving carbon skins for propylene and propane separation

期刊：Nature Chemical Engineering

DOI：10.1038/s44286-024-00075-9