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节能减碳是石化行业的重要发展方向。轻烃作为石脑油蒸汽裂解的关键产物，其生产过程中若能实现芳烃与烷烃的高效分离，不仅能显著降低能源消耗水平，还能获取高价值的芳烃，从而实现流程再造，达成减碳与增效的双重目标。然而，芳烃与烷烃（如苯与环己烷、甲苯与正庚烷）分子尺寸和物理化学性质相似，实现芳烃与烷烃分离极具挑战。

针对这一挑战，基于团队提出的纳米基元筑膜新思路，采用一种具有芳烃快速传输通道的纳米多面体颗粒为构筑基元，设计制备了颗粒高密度取向排列的单层多面体膜（Oriented Monolayer Polyhedral, OMP膜），该膜对芳烃具有高选择性。通过精确调控单层多面体的排列和密度，使多面体在多孔支撑体表面的覆盖率达到85.6%，并设计了两级膜串联分离工艺，成功将石脑油模拟料液中的芳烃含量从15 wt%提升至97.5 wt%，实现了芳烃与烷烃的高效分离。采用低场核磁和分子模拟等手段，深入研究了芳烃与OMP的相互作用，阐明了芳烃分子在OMP膜通道中的优先吸附与快速传递机制。该研究为芳烃与烷烃的高效分离提供了创新解决方案，为高性能膜的设计提供了借鉴。

图 (A) OMP膜结构及芳烃分子传递机制；(B和C) OMP膜的微观形貌；(D) OMP膜的芳烃/烷烃分离性能；(E) 两级膜串联分离工艺分离石脑油模拟料液；(F) OMP膜对石脑油模拟料液的分离性能。

北工大是国内最早从事膜分离技术研究的单位之一，长期以来围绕膜在工业、能源、健康和环保领域的应用，开展了膜材料设计、组件制备、污染控制及膜应用等研究。在多方大力支持下，经过几代人不懈努力，团队已在液流电池储能、二氧化碳捕集、水资源处理、药物分离与纯化等领域取得了创新性成果。团队先后承担了国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）课题，国家重点研发计划项目及课题，国家自然科学基金杰出青年基金/面上/青年项目，以及北京市科委、北京市教委、北京市自然科学基金及企业委托项目。研究成果已在Science, Nature Nanotechnol, Nature Water, Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., J. Membr. Sci., AIChE J., J. Mater. Chem. A.等国际顶级学术刊物上发表，部分成果授权企业实施，实现膜规模化制备，推进了膜的工程应用。

论文原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq5577