天然气脱碳研究有新进展:南工大科研团队做出净化天然气筛子

2022-03-29 13:32:44 | 来源:中国青年报客户端 | 参与: 0 | 作者:李润文

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中国青年报客户端讯 (姜畔 杨芳 中青报·中青网记者 李润文) 为实现二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的高效分离,南京工业大学材料化学工程国家重点实验顾学红教授团队经过多年研究在沸石分子筛膜领域取得新进展,制备出了一种高性能天然气脱碳分子筛膜。日前,这一成果以“沸石分子筛骨架柔性调控实现超高选择性二氧化碳分离”论文形式刊发于国际顶级期刊《自然﹒通讯》。

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在双碳战略背景下,发展清洁能源,实现二氧化碳(CO2)分离与捕集是工业过程减排的重要途径。

“天然气中含有的二氧化碳会降低燃料热值并腐蚀输送管道,因此天然气进入输送管网前需进行脱碳处理。”顾学红教授介绍说,天然气碳排放量远低于煤碳和石油,是相对洁净的化石能源,在未来的能源结构调整中天然气将发挥重要作用,对其进行脱碳处理是一个关键的生产环节。

论文共同第一作者、博士生杜鹏表示,当前市场上胺吸收法脱碳工艺虽比较成熟,但是该工艺一方面增加了能耗,另一方面损失的有机胺也会污染环境。因此,一个用于天然气脱碳的好“筛子”很受市场关注,现在的聚合物膜“筛子”脱碳时甲烷损失高,在高二氧化碳浓度下容易发生塑化,影响脱碳效果。

“与聚合物膜‘筛子’相比,沸石分子‘筛子’能扬长避短。”论文共同第一作者王学瑞教授介绍说,沸石分子‘筛子’孔径均一、分离性能和稳定性高。

顾学红形象地介绍道,譬如筛豆子时将大的留在上面,筛掉小的,沸石分子筛膜也制作了一张“特殊”的筛网,筛分大小不同的气体分子。沸石分子‘筛子’孔径为0.36 纳米,二氧化碳分子直径为0.33纳米,甲烷分子为0.38纳米,这样二氧化碳就被筛出来了。

“筛出的1172个二氧化碳分子仅混有1个甲烷分子,效能远高于聚合物膜‘筛子’。”王学瑞介绍,全硅型DD3R分子筛膜是理想的天然气脱碳膜材料,但容易变形。鉴于此,课题组提出一种策略,即通过快速升温、瞬时热解(700 ℃),调控DD3R分子筛骨架柔性,再在中等温度(550 ℃)下连续煅烧脱除模板剂,做出高效“筛子”。

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团队合影。受访者提供

顾学红表示,未来,团队将重点关注二氧化碳,氢气和稀有气体等气体分离领域。团队长期致力于分子筛膜的研究,所开发的透水分子筛膜在有机溶剂与水的分离已实现规模化工业应用,涉及乙醇、异丙醇、四氢呋喃等10余种溶剂,建成工业装置已有300多套。

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