浙工大化工纪红兵教授团队在高纯乙炔制造领域取得新进展
作为支撑第三代半导体芯片制造与高端医药中间体合成的战略基础原料,高纯乙炔(C₂H₂,纯度≥99.95%)精制分离技术已成为制约我国高端制造业升级的关键技术壁垒。其核心挑战源于工业乙炔体系中伴生CO₂的高效脱除——两种分子直径相近(均为3.3Å)且沸点差异较小(仅5.4K)。传统低温蒸馏技术因存在分离效率低、能耗强度大(需超百级精馏塔)、碳排放严重等行业痛点,无法契合高端化学品制造的绿色可持续发展需求。在“双碳”和“创新浙江”战略目标导向的多轮驱动下,开发基于先进吸附材料(如MOFs、COFs等)的绿色分离技术有望为高纯乙炔制造和其他高纯化学品提质升级提供新一代解决方案。
近日,绿色化学合成与转化技术全国重点实验室、化工学院纪红兵教授团队通过分子工程学方法,创新性地构建了基于双核[Sr₂O₄]团簇与Cu²⁺离子协同配位的三维多基元MOF材料。该晶体结构呈现高度对称的拓扑网络,由氰尿酸盐配体的多齿配位特性与金属节点的多价态特性共同自组装形成,孔径尺寸可精准控制在亚埃级尺度。柱穿透实验表明,该材料在298K下能高效纯化C2H2,对等摩尔C2H2/CO2混合气动态分离因子达19.1,获得纯度99.9-99.98%的高纯C2H2产品,单次获得的C2H2产率为32.0L/kg。尤为突出的是,分离过程溢出的二氧化碳杂质纯度突破99.95%阈值,达到可直接应用于食品工业的品质标准,为CO2的回收和资源化利用提供了重要思路。结合原位高分辨率同步辐射X射线衍射(HRSXRD)、分子模拟、动态可视化分析等手段,揭示了气体分子的多重吸附机制和选择性扩散行为。
等温吸附及选择性吸附性能分析
为解决粉末吸附剂在分离过程因床层压降和传质动力学限制引起的化工传质问题,本团队在近期研究中创新性地提出“辨识位点特异化重构”(ACS Materials Letters, 2025, 7, 1242-1249)和“客体自适应取向调控孔极性”(Separation and Purification Technology, 2025, 370, 133289)等策略来提升气体在微孔结构中的传质过程。然而,传统粉末吸附剂固有机械强度不足与成型加工难题仍制约其工业化应用。基于此,研究人员在本工作中开发了新型静电纺丝原位成型技术。通过构建具有轴向有序且具有规整形貌的MOF复合基纳米纤维,可显著提升目标气体在吸附床层传质区的扩散过程,有望为先进分离材料的工程化变压吸附设计和传质过程强化提供重要的科学理论指导和技术支撑。
动态吸附床穿透分离测试及变压分析
研究成果以“Industrially-driven ultramicroporous physisorbent with a trifecta of customized functions for Upgrading C₂H₂/CO₂ Separation performance”为题发表于《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater., 2025, 2504734),论文第一作者为浙江工业大学特聘副研究员、绿色化学合成与转化技术全国重点实验室成员胡鹏博士,通讯作者为纪红兵教授和胡鹏博士。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。点击文末“阅读原文”链接查看原文。