贤集网7月23日讯：7月21日，国际顶尖学术期刊《自然》在线发表了暨南大学化学与材料学院陆伟刚教授和李丹教授研究团队的研究成果《Orthogonal-array dynamic molecular sieving of propylene/propane mixtures》，提出了一种新的分离机制——正交阵列动态筛分，实现了丙烯/丙烷分离领域的突破性进展，为设计下一代分离材料指出新方向。该研究未来可能广泛应用于石油化工、疫情防控、医疗卫生等多个领域。

高纯度的聚丙烯是防护口罩、防护服熔喷无纺布专用料，也是注射器、护眼罩和输液瓶等的生产原料。然而，丙烷裂解生产丙烯这一技术在工业上不能直接得到高纯度的丙烯。为去除残留的丙烷，工业上往往以高昂的设备投资和巨大的能量消耗作为代价。因此，在能源危机日渐严重的今天迫切需要寻求绿色的分离方案，满足未来我国实现碳达峰、碳中和的重大需求。

暨南大学化学与材料学院院长李丹介绍，我们的研究团队设计、开发并合成的基于该筛分机制的金属-有机框架材料（被命名为JNU-3），就像并列的一排排“口袋”可以在不同压力下高效且动态地分离丙烯/丙烷混合物。这个机理成功解决了传统分子筛吸附动力学缓慢和吸附量低的问题。

目前实验室数据是每公斤JNU-3可以得到53.5升聚合级纯（99.5 %）的丙烯，具有迄今为止最佳的丙烯/丙烷分离性能，处于世界领先水平。研究前后花时2年时间，论文第一作者为暨大第一届化学博士研究生曾恒，研究工作全部由暨大研究人员完成，相关工作得到了国家自然科学基金重点项目、广东省自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目等的大力支持。

分子筛是一种很成熟的分离材料，已被广泛应用于石油化工、煤化工、空气分离与净化、环境治理等多个领域。但是，分子筛吸附剂的应用也存在许多挑战，例如，精确的孔径设计困难，吸附动力学缓慢和吸附量低。

为解决上述问题，暨南大学化学与材料学院陆伟刚教授和李丹教授研究团队提出了一种新的分离机制：正交阵列动态筛分，在由金属节点和有机配体通过自组装形成的一类具有确定组成与结构和多样化孔道的新兴晶态多孔材料金属-有机框架上，成功解决了传统分子筛吸附动力学缓慢和吸附量低的问题。

2019年3月，研究人员首次设计、开发并合成的基于该筛分机制的金属-有机框架材料（被命名为JNU-3），其一维通道带有嵌入的动态分子口袋，可以在本质上不同的压力下高效地分离丙烯/丙烷（1/1）混合物，每公斤JNU-3可以得到53.5升聚合级（99.5 %）的丙烯，具有迄今为止最佳的丙烯/丙烷分离性能，实现了丙烯/丙烷分离领域的突破性进展，为设计下一代分离材料指出了新的方向。

金属-有机框架材料（Metal-Organic Framework，MOF）是一类新兴的由金属节点和有机配体通过自组装形成的具有确定组成与结构的晶态多孔材料。和传统的多孔材料（分子筛、活性碳等）相比，前者凭借其可设计剪裁的框架和丰富多样的孔道结构吸引了科研工作者的广泛兴趣。

李丹教授介绍，研究团队针对MOF材料，首次提出正交阵列动态筛分机制，成功构筑了一例基于该分离机制的框架材料（命名为JNU-3）。该材料拥有三维网格结构，沿着晶体学a轴是4.5 × 5.3 的一维通道，在一维通道两侧是排列整齐的分子口袋，分子口袋和一维通道通过一个约3.7 的动态“葫芦形”窗口相连。气体可以在一维通道中快速扩散，而分子口袋则通过“葫芦形”窗口选择性地捕获丙烯分子，从而获得迄今为止最佳的丙烯/丙烷分离效果。研究人员通过原位单晶衍射和计算模拟解析了丙烯和丙烷分子与JNU-3的相互作用的筛分机制和动态过程。

据悉，成果发表后，暨大研究团队即受到英国和美国学者致函关切以及中国石化等相关企业的密切关注。李丹表示，目前研究仍处于实验室成果，期待未来运用于工业，为我国节能减耗作出贡献。