汽油工业认识到对二甲苯的重要性，因为它在日常产品中有许多用途，从塑料汽水瓶到聚酯纤维。
挑战是二甲苯是三个一模一样的，这使得从邻二甲苯等较少使用的兄弟姐妹中有效分离和纯化对二甲苯变得极其困难。这些分子的大小相差十分之一纳米。然而，具有微小孔的膜可以分化这些分子，从而可能实现这一重要的分离。
基于与埃克森美孚公司的长期研究，佐治亚理工学院的研究人员对碳膜的制造有了新的见解，一旦二甲苯分离的解决方案用于工业用途，有可能大幅节省成本。
该研究结果发表在2021年9月6日的《纽约时报》上美国国家科学院院刊亚博老虎机网登录．
这项工作的重点是“碳基分子筛”，它是通过加热薄层材料，以这种方式将除碳以外的所有原子赶走，从而产生一种类似炭的物质，具有分子大小的孔。亚博网站下载2016年，佐治亚理工学院和埃克森美孚的研究人员首次证明了一种新型碳基分子筛膜可以成功分离二甲苯分子，并从包中提取出超级有用的对二甲苯。
现在，佐治亚理工学院已经推进了这项工作，设计了改进的碳屏障，允许较窄的对二甲苯更快地通过，同时拒绝较宽的分子。重要的是，该团队发现了碳的键合化学性质和二甲苯通过碳膜的流动性之间的强大关系。
碳膜的性能——如果在工业规模上实现——与标准的结晶方法或基于吸附的方法等精炼过程相比，可以显著降低能源成本。前一种方法涉及冻结二甲苯分子，只有对二甲苯形成晶体，使其容易分离，但需要大量的能源投资。与结晶法相比，后者降低了能源消耗，但需要昂贵和复杂的设备操作。app亚博体育据佐治亚理工学院的研究人员说，膜的问题在于，这种方法只在实验室环境中有效，而在工业环境中无效。
“通过改变聚合物前驱体，我们得到了更稳定的材料。亚博网站下载然后通过改变我们将聚合物转化为碳的方式，我们已经提高了薄膜的生产效率。”乔治亚理工学院化学与生物分子工程学院副教授、该论文的通讯作者瑞安·莱弗利说。
究竟有多高效?研究小组已经证明，这种新材料可以制造出据估计“比其他最先进的方法成本低三到六倍”的净化系统，亚博网站下载活泼的说。
莱弗利估计，在生产大宗化学品和燃料的过程中，分离和提纯约占能源消耗的一半。在全球范围内，芳烃(例如苯甲苯)的传统分离过程所消耗的能量相当于大约20个中等规模的发电厂所产生的能量。
这一进步可能对汽油化学能源消耗产生重大影响。这项研究由埃克森美孚资助，建立在佐治亚理工学院和全球石油和天然气领导者之间超过15年的合作研究成果之上。
“通过与像佐治亚理工学院这样强大的学术机构的合作，我们不断探索新的、更有效的方法来生产能源、化学品和世界各地消费者每天依赖的其他产品，”埃克森美孚研究与工程公司研发副总裁Vijay Swarup说。
佐治亚理工学院的研究人员还发现了关于碳结构本身的新见解。研究小组观察到，膜中三维碳中心与二维碳中心比例的细微变化，导致该材料中二甲苯等温线的流动性发生了令人印象深刻的巨大变化。他们观察到这个比率(sp3/sp2碳比)从0.2到0.7的变化会导致膜的生产力增加1000倍。令人惊讶的是，尽管碳结构发生了这些变化，膜基本上保持了选择性，或二甲苯异构体分离的能力。
“那里的三维碳越多，生产率就越高，”乔治亚理工学院化学和生物化学学院的教授兼主席M.G.芬恩说，他也是这篇文章的共同通讯作者。“在保持相同的选择性的同时，你越能提高生产率，那么处理等量二甲苯进料所需的膜就越少。从设计的角度来看，它表明你可以通过对碳化学的微小改变，对膜的工作方式进行巨大的控制。”芬恩。
来源:https://www.gatech.edu/