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一天2篇Science
2022年6月3号，国际顶尖学术期刊 Science 同时在线发表了 沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）在膜分离提炼石油、纯化天然气领域的两大突破性研究成果。 在第一篇Science中，KAUST的Suzana P. Nunes教授课题组 道了 一种通用策略来制造具有10 nm超薄选择性层的聚三唑膜，该选择性层包含用于分离烃的亚纳米通道。另一篇Science来自 KAUST的先进膜与多孔材料中心物理科学与工程学部Mohamed Eddaoudi科研团队， 他们将 MOF 纳米片嵌入聚合物基质中时，形成混合基质膜，在天然气中表现出优异的二氧化碳和甲烷选择性，并且具有去除硫化氢的能力。
【背景】
众所周知，天然气是一种丰富的能源，在全球向净零排放的过渡中具有很大的作用。但是， 天然气储层中的甲烷成分通常被氮气和二氧化碳所污染。氮气稀释了天然气的热值，必须去除氮气以充分利用这一资源。然而， 从甲烷中分离氮气仍然是一个相当大的挑战，部分原因是这两种化合物具有相似的沸点、极化性和动力学尺寸。低温蒸馏是目前唯一大规模用于分离两者的工艺，但它非常昂贵。
气体分离膜可以提供一种更经济的方法来净化天然气。这些膜的工作原理是选择性地允许气体混合物中的一种成分通过其孔隙。然而，甲烷和氮气之间的微小差异意味着，即使是最先进的膜，其选择性也很差。缩小孔隙可以提高膜的选择性，但这往往会减慢分子通过它的速度，并降低其生产力。
鉴于此， KAUST的Mohamed Eddaoudi教授课题组 告了一种 基于富马酸盐（fum）和中康酸盐（mes）连接物的混合连接物金属有机框架（MOF）膜， Zr- fum 67 - mes 33 -fcu-MOF ， 具有特定的孔径形状，可以有效地从天然气中去除氮气。 在母体的三叶形孔径中故意引入不对称性，诱发了形状的不规则性，阻止了四面体甲烷的运输，同时允许线性氮的渗透。Zr- fum 67 - mes 33 -fcu-MOF膜 在高达50巴的实际压力下表现出创纪录的高氮/甲烷选择性和氮渗透率，从天然气中同时去除二氧化碳和氮。技术经济分析表明，相对于低温蒸馏和基于胺的二氧化碳捕集，该膜有可能 将甲烷净化成本降低约66%，同时去除约73%的二氧化碳和氮气。
Figure 1. Zr-fum67-mes33-fcu-MOF膜
【中心思路】
【膜制造】
【N 2 脱除和天然气净化】
图3. Zr-fum (100-x) -mes x -fcu-MOF膜和扩散能垒的分离性能
【技术经济分析】
这项工作有三个方面特别值得注意：合理的孔隙工程方法；在与现实世界实践相关的条件下对膜进行测试；以及对分离氮气和甲烷的技术经济分析。在孔径形状和气体混合物的分子结构之间创造错位的想法可以成为进一步开发膜的模型。——Juergen Caro（莱布尼茨大学）
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