在能源轉(zhuǎn)型的關鍵期，天然氣作為過渡性清潔能源，其全球地位日益凸顯。然而，幾乎所有的天然氣藏都含有氮氣雜質(zhì)，這會稀釋氣體的熱值，必須去除。傳統(tǒng)工業(yè)凈化依賴低溫蒸餾技術，不僅設備昂貴，且能耗極高。如今，沙特阿拉伯科技大學（KAUST）的研究團隊提出了一種顛覆性的解決方案，利用分子“形狀”差異實現(xiàn)高效分離。

該研究的核心在于金屬有機框架（MOF）材料。MOF是一種有機與無機雜化的多孔晶體材料，研究人員可通過調(diào)整構建模塊，調(diào)控其孔徑結構。此前，MOF膜多用于基于分子尺寸或極化率的分離，而KAUST團隊首次將“分子形狀”差異作為分離依據(jù)。他們設計了一種名為Zr-fum67-mes33-fcu-MOF的新型膜材料，其孔道呈不對稱結構，能夠精準阻擋呈三角形三葉草輪廓的甲烷分子，卻允許呈棒狀線性結構的氮氣分子通過。

實驗數(shù)據(jù)令人振奮。對于含有15%氮氣的甲烷流，這種形狀選擇性MOF膜將凈化成本較傳統(tǒng)低溫分離技術降低了66%。若甲烷中同時含有35%的二氧化碳和15%的氮氣，成本降幅更是達到了約73%。該成果已發(fā)表于期刊《自然》（Nature），文章題為《用于天然氣增值的MOF膜非對稱孔窗》。

研究負責人周勝博士指出，分子形狀差異在以往分離技術中常被忽視，這種基于“形狀不匹配”的分離機制是一個全新的領域。未來，該概念有望應用于分離直鏈與支鏈烴類、芳香族化合物等多種化學混合物，為化工分離領域開辟新路徑。

對于中國能源與化工行業(yè)而言，這一突破意味著在天然氣凈化及碳捕集領域可能迎來技術彎道超車的機會，中國企業(yè)應密切關注此類低成本、低能耗的新型膜材料研發(fā)動態(tài)，探索其在工業(yè)規(guī)?；瘧弥械臐摿?。