科技报告与资讯7月17日讯：由佐治亚理工学院、伦敦帝国理工学院和埃克森美孚公司的研究团队开发的新型膜技术可以帮助减少与炼制原油相关的碳排放和能源强度。实验室测试表明，这种聚合物膜技术在未来可以取代一些传统的基于热的蒸馏工艺。

利用热基蒸馏法对原油混合物进行分馏是一个大规模、高能耗的过程，占世界能源使用量的近1%。每年1100太瓦时（TWh/yr），相当于纽约州一年消耗的能源总量。通过在蒸馏过程的某些步骤中替代低能耗膜，新技术有朝一日可能会允许实施混合炼油系统，与传统炼油过程相比，有助于大幅减少碳排放和能源消耗。

"我们现代生活中的很多东西都来自于石油，所以这些分子的分离使我们的现代文明成为可能，"佐治亚理工学院化学和生物化学学院教授和主席M.G.Finn说。"提供我们使用的产品所需的分离规模大得惊人。这种膜技术可以对全球能源消耗和石油加工产生的排放产生重大影响。"

将在7月17日出版的《Science》杂志上报道，该论文被认为是专门用于分离原油和原油馏分的合成膜的首次报道。要将这一技术推进到工业规模，还需要更多的研究和开发。

膜技术已经广泛应用于海水淡化等领域，但到目前为止，石油精炼的复杂性限制了膜的使用。为了克服这一挑战，研究团队开发了一种新型螺环聚合物，并将其应用于坚固的基体上，以创建能够通过应用压力而非热量来分离复杂碳氢化合物的膜。

膜根据大小和形状等差异将分子从混合物中分离出来。当分子的大小非常接近时，这种分离就变得更具挑战性。利用一种在氮原子和碳原子之间成键的著名工艺，通过连接具有扭结结构的构件来构建聚合物，以创建具有内置空隙空间的无序材料。

该团队能够平衡各种因素，创造出溶解性（使膜能够通过简单和可扩展的工艺形成）以及结构刚性（使一些小分子比其他分子更容易通过）的正确组合。出乎意料的是，研究人员发现，这些材料需要少量的结构柔韧性来提高尺寸辨别能力，以及对原油中丰富的某些类型的分子具有轻微 "粘性 "的能力。
在设计了新型聚合物并在合成汽油、喷气燃料和柴油燃料混合物上取得了一定的成功后，该团队决定尝试分离原油样品，并发现新型膜在从复杂的混合物中回收汽油和喷气燃料方面相当有效。

"我们最初是想分馏一种很相似的分子混合物，"埃克森美孚公司的高级研究助理、该论文的共同作者之一Ben McCool说。"当我们对一个更复杂的进料，原油，我们得到了分馏，看起来就像它可能来自蒸馏柱，表明这个概念的巨大潜力。"

研究人员合作，在佐治亚理工学院设计并测试了聚合物，然后将其转化为200纳米厚的薄膜，并在帝国公司使用卷对卷工艺将其纳入膜模块。然后在这三个组织对样品进行测试，对膜的功能进行多实验室确认。

"我们拥有将有机溶剂纳滤（一种正在广泛用于制药和化工行业的膜技术）推向市场的基础经验，"帝国大学化学工程教授Andrew Livingston说。"我们与埃克森美孚和佐治亚理工学院进行了广泛的合作，以证明这项技术的可扩展性潜力达到了石油工业所需的水平。"

论文标题为《N-Aryl Linked Spirocyclic Polymers for Membrane Separations of Complex Hydrocarbon Mixtures》。