发展清洁能源，实现二氧化碳分离与捕集是工业减排的重要途径。科技日报记者4月2日从南京工业大学获悉，该校材料化学工程国家重点实验室顾学红教授团队近期制备出了一种沸石分子筛膜，该分子筛膜可实现二氧化碳和甲烷的高效分离，具有用于天然气脱碳的巨大潜能。相关成果近日刊发于国际期刊《自然·通讯》。
“天然气中混入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。”顾学红介绍，天然气碳排放量远低于煤和石油，是相对洁净的化石能源，在未来的能源结构调整中将发挥重要作用，对其进行脱碳处理是一个关键的生产环节。
当前市场上胺吸收法脱碳工艺虽比较成熟，但是需通过加热有机胺吸收液来分离二氧化碳，既增加了能耗，有机胺又会污染环境。论文共同第一作者、博士生杜鹏表示：“聚合物膜用于天然气脱碳无需添加第三组分，能显著降低分离能耗，具备环境友好性。但目前市场上使用的聚合物膜，在脱碳过程中易发生塑化影响脱碳效果，还会造成甲烷大量流失。”
较之聚合物膜来说，沸石分子筛膜可以有效地扬长避短。“沸石分子筛膜孔道规整，是一张完美的筛网。”顾学红形象地介绍，就像筛豆子时将大颗粒的留存筛内、小颗粒的漏至容器进行分离一样，沸石分子筛膜内有一张特殊的筛网，可通过网洞的大小实现对不同气体分子的筛分。
据悉，团队制备的沸石分子筛膜孔径为0.36纳米，介于动力学直径分别为0.33纳米、0.38纳米的二氧化碳与甲烷分子之间，因此二氧化碳可以透过膜而甲烷却不能，以此实现了两者的分离。
“我们所制备的沸石分子筛膜，是用特殊工艺制成的无缺陷中空纤维DD3R分子筛膜，其进行天然气脱碳的性能远超现有同类分离膜的性能水平，每透过1172个二氧化碳分子仅有1个甲烷分子透过膜层。”论文共同第一作者王学瑞教授说。
论文共同第一作者张玉亭副教授介绍，利用制备DD3R分子筛膜的生产工艺，团队还制备了高性能的SSZ-13型和MFI型分子筛膜，有望解决高性能分子筛膜规模化制备的难题，推动分子筛膜在天然气脱碳、氢气分离以及二氧化碳捕集等领域的实际应用，助力“双碳”目标的实现。
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