分离过程是一个基本的工业过程，能耗消耗巨大，约占化工能源消耗的一半。工业生产中广泛采用的精馏分离的工艺能耗高，能源利用率很低。吸附分离是一种非相变过程，省略了精馏过程中的气体压缩、冷凝、液化步骤以及精馏时溶液气化步骤，具有能耗较低、流程操作简单等特点。吸附分离的核心是创制可识别二者微小差异的吸附剂。通常，创制具有选择性吸附位点，增强吸附质与吸附剂超微孔（＜7）之间的强相互作用可以提高分离效率，但是强相互作用及超微孔往往导致气体分子扩散受限及吸附热升高。因此，吸附剂再生困难。针对此瓶颈问题，陆安慧教授团队提出了动力学增强的气体分离方法，发展了“纳米柱支撑”、“介孔构型调控”策略，得到了一系列高效炭质吸附剂，应用于煤层气低浓度甲烷回收、低碳烯烃烷烃分离。近期取得的研究进展如下：

纳米柱支撑超微孔碳纳米片

用于模拟煤层气甲烷回收

煤层气是一种重要的非常规天然气，主要由甲烷和氮气组成。中高浓度煤层气通常甲烷含量为30~80%，可用于民用燃料和发电等；而低浓度煤层气甲烷浓度低于30%，通常直接排空从而造成资源浪费和环境污染。为了利用低浓度煤层气，迫切需要解决抽放煤层气中甲烷的浓缩净化问题。然而，甲烷和氮气分子尺寸和化学性质相近，如何将低浓度甲烷从CH4/N2混合气中高效分离一直是吸附分离领域挑战性课题。

陆安慧教授研究团队通过控制多组分在界面次序组装，精准构筑纳米柱支撑型二维纳米炭片吸附剂。该柱撑型二维纳米炭片平面厚度约6nm，表面纳米柱高度约8nm，超微孔孔径分布集中在4.8。纳米柱支撑的超薄纳米片有利于加快气体的扩散传输和提高分离选择性。对CH4分子显示出快的扩散动力学速率，扩散系数为商业炭分子筛的2个数量级。用于CH4/N2分离时，K低压条件下（＜0.1bar）选择性达到24，1bar条件下IAST选择性可达到10（图1）。模拟真实煤层气组分的动态穿透实验进一步证实该纳米炭片具有快速的扩散过程、容易再生、稳定性好的特性。该方法为解决超微孔扩散问题提出了新思路，也扩展了面向工业气体吸附分离应用的新型炭分子筛种类。该研究成果以“Self-PillaredUltramicroporousCarbonNanoplatesforSelectiveSeparationofCH4/N2”为题发表在AngewandteChemieInternationalEdition（Angew.Chem.Int.Ed.,,60,-，Hotpaper）。论文第一作者为大连理工大学博士研究生徐爽，通讯作者为大连理工大学陆安慧教授和郝广平教授。

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