去小存大 分子筛膜高效分离二氧化碳

发展清洁能源，实现二氧化碳分离捕集是减少工业排放的重要途径。日报记者4月2日从南京工业大学获悉，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室顾教授团队近日制备出一种沸石分子筛膜，可高效分离二氧化碳和甲烷，天然气脱碳潜力巨大。相关结果最近发表在国际期刊《自然通讯》上。

“天然气中混入二氧化碳会降低燃料的热值，腐蚀管道，所以天然气在进入管网前需要脱碳。”顾介绍，天然气的碳排放远低于煤炭和石油，是一种相对清洁的化石能源。它将在未来的能源结构调整中发挥重要作用，脱碳是一个关键的生产环节。

目前市场上虽然胺吸收脱碳工艺成熟，但需要对有机胺吸收液进行加热来分离二氧化碳，不仅增加了能耗，而且污染环境。论文的共同第一作者、博士生杜鹏说，“聚合物膜用于天然气脱碳，不添加第三组分，可显著降低分离能耗，对环境友好。而目前市场上使用的高分子膜在脱碳过程中容易塑化，影响脱碳效果，造成大量甲烷损失。”

与聚合物膜相比，沸石分子筛膜能有效地发挥其优点，避免其缺点。"沸石分子筛膜具有规则的孔隙，是一种理想的筛网."顾形象地介绍，就像筛豆子的时候，大颗粒留在筛里，小颗粒漏到容器里进行分离一样，沸石分子筛膜里有一个特殊的筛子，可以通过筛孔的大小实现对不同气体分子的筛选。

据悉，该团队制备的沸石分子筛膜孔径为0.36 nm，介于二氧化碳和甲烷分子之间，动力学直径分别为0.33 nm和0.38 nm。所以二氧化碳能透过膜而甲烷不能，实现了两者的分离。

“我们制备的沸石分子筛膜是通过特殊工艺制成的无缺陷中空纤维DD3R分子筛膜。其对天然气脱碳的性能远超现有同类分离膜的性能水平，每1172个二氧化碳分子只有1个甲烷分子透过膜层。”该论文的共同第一作者王教授说。

论文的共同第一作者张玉婷副教授介绍，该团队还利用DD3R分子筛膜的生产工艺制备了高性能的SSZ-13和MFI分子筛膜，有望解决高性能分子筛膜的规模化制备问题，推动分子筛膜在天然气脱碳、氢气分离和二氧化碳捕集等领域的实际应用，有助于实现“双碳”目标。