膜分离炼油，高效环保

为了赶上驱动现代社会所需的燃料和化学品，炼油厂一直在煮原油，使较轻的碳氢化合物向上漂浮，并将其捕获和分离成汽油、航空燃料和加热油等不同的成品。这种由燃烧化石燃料驱动的高能耗过程消耗了全球约1%的能源，产生了全球6%的碳排放。

最近，在《科学》的一项研究中，研究人员利用一层薄而耐用的塑料薄膜，在中等温度下工作，将较轻的碳氢化合物与较重的碳氢化合物分离，从而降低了这一过程的能耗。

Bennyy是美国得克萨斯大学奥斯汀分校的化学工程师。 Freeman表示，上述新膜的制造方法类似于海水淡化厂用于过滤海水的膜，依赖于已经到位的脱盐膜基础设施，这将为膜的商业应用铺平道路，是一个巨大的优势。

近几年来，油分离膜的制造一直是热点。例如，2020年，美国佐治亚理工学院化学工程师Ryan Lively团队创造了一种薄膜，在分离原油中最轻的碳氢化合物方面表现良好。然而，许多类似的薄膜是由面条聚合物制成的。当它们暴露在油中时，它们会膨胀，并逐渐扩大整个网状结构，形成更大的孔，重油成分会从中流出。更糟糕的是，原油中的化学溶剂可以完全溶解这些薄膜中的一些聚合物。

因此，一些研究人员在聚合物链之间增加了交联支柱，这将降低薄膜被降解的程度，但油通过时的速度会减慢。考虑到商业可行性，我们不得不通过增加薄膜面积来实现吞吐，这导致成本增加。

为应对这些挑战，美国麻省理工学院化学工程师Zachary Smith和他的同事试图用聚合物建造薄膜，以保持溶剂暴露时的刚性。为了保持孔隙大小一致，他们使用了两组聚合物来构建块，即单体，其中一组具有在油中保持良好尖刺形状的特点。Smith团队还增加了交联支柱，以防止薄膜膨胀，提高其耐久性。因为稳定的尖刺单体可以保持薄膜的稳定孔径，保证吞吐量的一致性。此外，研究人员选择从这些聚合物中典型的化学键-酰胺键切换到酰亚胺键，以更好地吸引油性分子，使所需的氢膜更容易通过。

上述方法构建的薄膜有效。它可以有选择地过滤掉制造汽油所用的小碳氢化合物，其效率几乎是Lively团队在2020年研究中描述的4倍。同时，Smith团队还将通过薄膜的碳氢化合物流量提高50%。

此外，上述新薄膜类似于商业海水淡化薄膜的合成方法。海水淡化膜也是通过将两个单体连接成一层聚合物薄膜而制成的，成本相对较低。因此，Smith团队的新薄膜生产技术很容易被海水淡化薄膜制造商采用，其商业化可能相对简单。

然而，Freeman指出，炼油厂不太可能在一夜之间通过膜分离来生产燃料。然而，海水淡化行业的实践表明，从加热到膜处理具有成本效益。因此，炼油厂可能不会落后太多。