“分离难”一直是石化行业的痛点。我们受邀深入解读2024年《Science》发表的关于采用纳米膜材料破解芳烃与烷烃分离难题的研究成果，并探索其如何为石化行业的绿色低碳转型点燃“技术引擎”。
在全球“双碳”战略的驱动下，石化行业正面临一场绿色革命。石脑油蒸汽裂解工艺是生产乙烯、丙烯等轻烃的核心环节，其前端工艺中芳烃与烷烃的高效分离对降低成本和获取高附加值原料至关重要。本研究提出一种“纳米积木”策略：通过精密调控单层多面体颗粒的排列，构建高效传质的分子筛通道，实现芳烃与烷烃的高效分离。
图1 图文摘要
石化行业的低碳转型迫在眉睫
节能减碳已成为推动石化行业转型升级的核心战略。在石脑油蒸汽裂解制轻烃的过程中，实现芳烃与烷烃的高效分离不仅可以大幅降低生产能耗，还能获取高附加值的芳烃产品，从而引领传统工艺的革新，实现减碳与增效的双重目标。然而，芳烃与烷烃的物理化学性质极为相似，实现二者的高效分离极具挑战。
从“混沌”到“有序”：纳米膜的分子筛奇迹
研究团队以正八面体多孔晶体为“纳米积木”，通过热力学与动力学的精密调控，实现了85.6%覆盖率的取向单层膜（OMP膜）。这种膜的有序通道如同“分子高速公路”，让芳烃分子优先通过，而烷烃则被“拒之门外”。实验显示，OMP膜通过两级分离工艺，可将芳烃纯度从15%跃升至97.5%。
跨界潜力与挑战
这一研究成果为石化行业中复杂液相混合物的精准分离提供了全新的技术思路，同时也有望拓展到医药分离、精细化工和环保治理等多个领域，实现分子级精准分离的跨界应用。然而，工业化之路仍需攻克两大难关：一是膜材料在高温、强腐蚀环境下的“耐久性”，二是规模化生产中的“均匀性”控制。未来，通过材料改性与智能制备技术的结合，OMP膜或将突破放大制备、稳定性提升及多领域适应性的难题，推动绿色化工和可持续发展的进程。
该研究通过构建具有芳烃优先透过的高效传质通道，深入揭示了膜结构与分离性能之间的内在联系，展现了膜分离技术在液态烃类混合物分离中的巨大潜力。为下一代分离膜的创新设计提供了理论依据，有望推动石脑油分离领域的节能与高效生产，为化工行业的绿色发展助力。
责任编辑
蒋 杰 浙江大学
常晶晶 西安电子科技大学
https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-mater.2024.100120
本文内容来自The Innovation 姊妹刊The Innovation Materials 第3卷第1期发表的News & Buzz文章“Innovative membrane for sustainable hydrocarbon separation” (投稿: 2024-12-22；接收: 2025-02-19；在线刊出: 2025-02-21)。
DOI：10.59717/j.xinn-mater.2024.100120
引用格式：Sun H., Wang N. and An Q. (2025). Innovative membrane for sustainable hydrocarbon separation. The Innovation Materials 3: 100120.
王乃鑫 北京工业大学材料科学与工程学院教授/博士生导师，入选教育部国家重大人才工程青年项目。主要从事面向分子或离子分离的膜材料制备与改性、膜微观结构调控、膜组件制备等方面的研究。主持了国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、北京市自然科学基金等科研项目；曾获北京市科技新星、中国石化联合会科技进步一等奖（2/6），茅以升科学技术奖-北京青年科技奖。以第一/通讯作者在Science, Angew. Chem. Int. Ed., AIChE J., J. Membr. Sci., ACS Nano等期刊发表SCI论文56篇，授权国家发明专利12项。
安全福 北京工业大学材料科学与工程学院教授/博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。研究方向为面向能源环保的纳米基元分离膜的构建、膜组件及其应用。主持完成国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目、北京市教委-科委联合资助重点项目、企业委托项目等10余项；获得北京市教委长城学者培养计划和浙江省杰出青年基金等支持。已在Science, Nature Nanotechnol., Nature Water, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Sci. Adv., J. Membr. Sci., AIChE J.等期刊发表SCI学术论文200余篇，授权国家发明专利70余项，参与编写膜相关著作4部。
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