國際高水平期刊《Science》近期刊發(fā)了北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院安全福教授團(tuán)隊(duì)的科研成果《Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane》。該項(xiàng)研究成果為石腦油中芳烴-烷烴混合物的分離提供了有效的解決方案，為石化行業(yè)的低碳流程再造提供了新思路。這是北京工業(yè)大學(xué)再次以第一作者單位在《Science》期刊上發(fā)表的論文，標(biāo)志著學(xué)校在膜材料領(lǐng)域取得重要科研進(jìn)展。北京工業(yè)大學(xué)在讀博士生孫皓為論文第一作者，王乃鑫教授和安全福教授為通訊作者。北京工業(yè)大學(xué)在讀博士生許瑩薈、王豐愷，以及澳大利亞莫納什大學(xué)王煥庭教授、陸軍教授為合作者。

節(jié)能減碳是石化行業(yè)的重要發(fā)展方向。輕烴作為石腦油蒸汽裂解的關(guān)鍵產(chǎn)物，其生產(chǎn)過程中若能實(shí)現(xiàn)芳烴與烷烴的高效分離，不僅能顯著降低能源消耗水平，還能獲取高價(jià)值的芳烴，從而實(shí)現(xiàn)流程再造，達(dá)成減碳與增效的雙重目標(biāo)。然而，芳烴與烷烴(如苯與環(huán)己烷、甲苯與正庚烷)分子尺寸和物理化學(xué)性質(zhì)相似，實(shí)現(xiàn)芳烴與烷烴分離極具挑戰(zhàn)。

針對這一挑戰(zhàn)，基于團(tuán)隊(duì)提出的納米基元筑膜新思路，采用一種具有芳烴快速傳輸通道的納米多面體顆粒為構(gòu)筑基元，設(shè)計(jì)制備了顆粒高密度取向排列的單層多面體膜(Oriented Monolayer Polyhedral, OMP膜)，該膜對芳烴具有高選擇性。通過精確調(diào)控單層多面體的排列和密度，使多面體在多孔支撐體表面的覆蓋率達(dá)到85.6%，并設(shè)計(jì)了兩級膜串聯(lián)分離工藝，成功將石腦油模擬料液中的芳烴含量從15 wt%提升至97.5 wt%，實(shí)現(xiàn)了芳烴與烷烴的高效分離。采用低場核磁和分子模擬等手段，深入研究了芳烴與OMP的相互作用，闡明了芳烴分子在OMP膜通道中的優(yōu)先吸附與快速傳遞機(jī)制。該研究為芳烴與烷烴的高效分離提供了創(chuàng)新解決方案，為高性能膜的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

北京工業(yè)大學(xué)是國內(nèi)最早從事膜分離技術(shù)研究的單位之一，長期以來圍繞膜在工業(yè)、能源、健康和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，開展了膜材料設(shè)計(jì)、組件制備、污染控制及膜應(yīng)用等研究。團(tuán)隊(duì)已在液流電池儲能、二氧化碳捕集、水資源處理、藥物分離與純化等領(lǐng)域取得了創(chuàng)新性成果。