大連理工大學合成納米炭片實現高效氣體分離

　　近日，大連理工大學化工學院院長陸安慧教授團隊合成了一系列孔徑精準可控的分子篩型納米炭片，實現了多種混合氣的高效分離。

　　氣體的混合是熱力學自發過程。作為其可逆過程，氣體分離需要外界做功，消耗能量。因此，如何降低能耗，實現高效的氣體分離是當前分離領域的研究熱點和難點。炭質吸附劑因其化學性質穩定、耐水汽、孔隙結構發達等特點，被廣泛應用于氣體吸附分離，而微孔尺寸是決定其分離性能的關鍵因素。然而，由于常規炭前驅體的顆粒尺寸多在微米量級以上，熱解過程中存在傳質和傳熱不均勻的問題生成sp3碳含量高的無序湍流狀亂堆結構，導致微孔尺寸難以調控。此外，常見多孔炭骨架結構單元尺寸大、孔壁厚，導致的氣體分子擴散路徑長，內部微孔利用率低的問題也亟待解決。

　　陸安慧教授團隊基于溫控相轉變方法，合成了孔徑精準可控的分子篩型納米炭片，這種納米炭片sp2碳含量超過80%，微孔孔徑在0.53  -0.58 nm范圍精準可調，炭片厚度在30-65 nm內精準可控。用于氣體分離時，納米炭片可實現低壓（＜0.1 bar）下對吸附質分子的大量、快速吸附。在常溫常壓條件下，納米炭片對CO2，C2H6和C3H8表現出高吸收量（5.2, 5.3和5.1mmol g-1）和選擇性（7, 71和386）。此外，模擬真實天然氣組成的動態穿透實驗進一步證實該多孔炭材料吸附量大、選擇性好、再生容易、耐水汽性能好的優點。