一、成果概述：

该项目以金属-有机框架材料的结构调控为研究对象，揭示了结构调控增强碳烃吸附与分离性能的微观机制，为设计合成高性能碳烃吸附与分离晶态多孔材料奠定了重要的理论基础。发展了多组分协同调控策略，衍生出多种新型拓扑结构，实现了框架材料结构的精确调控；提出了多组分协同调控对气体吸附与分离性能的影响机理，设计并制备了具有优异气体吸附与分离性能的金属-有机框架材料；发现了多元金属-有机框架结构与其碳烃吸附分离性能之间的构效关系，利用孔环境工程策略系统调控了金属-有机框架的孔道结构，制备了具有优异碳烃吸附与分离性能的多元金属-有机框架材料。

二、技术特点及技术指标：

能源领域的分离与纯化是实现能源所含资源的完全利用所不可或缺的重要组成部分，因而在科学上形成了与之相应的科学领域。对于国际上目前主要能源石油工业而言，它无论在科学研究上还是在工业实际应用上均有着重要意义，因此必须解决能源领域中的分离与纯化所涉及的基础理论科学问题，以支撑国家国民经济和社会发展十四五规划与远景规划提出“推进能源革命建设清洁低碳安全高效的能源体系”的目的。在石油能源领域分离与纯化的科学问题为：目前的基础科学理论研究已基本解决了分离与纯化的科学问题，但是现有基础科学理论指导工业应用的前提是有相应的科学条件，特别是深冷、高压等高成本苛刻条件，因此国际上该领域的科学理论问题为“探索新的科学理论，以实现常温常压分离与纯化”，以实现整个石油炼制工业的低能耗。我国是世界上最大的石油消费国家，同时中国政府已承诺限期完成“双碳目标”，因此该理论研究具有重要科学意义和巨大社会价值。现阶段石油能源领域分离与纯化基础科学理论的发展，主要集中于吸附分离和膜分离。在吸附分离方面，目前因金属-有机框架材料具有优异的吸附和分离性能，被公认为“最有可能率先实现理论突破和实际工业应用”，而金属-有机框架材料分离与纯化基础理论科学的本质是结构的精确调控。本项目以金属-有机框架材料为研究对象，以精准结构调控提升材料气体存储与分离性能为目标，通过微观结构设计优化、孔尺寸剪裁、次级结构单元修饰及合成后修饰等精准设计策略，制备了多种碳烃吸附与分离性能优异的多组份金属-有机框架材料，揭示了多种结构调控增强气体分离性能的微观机理，为设计合成新型碳烃吸附与分离功能导向的金属-有机框架材料奠定了理论基础。

三、应用领域：

该分离与纯化的系统理论研究成果，不仅解决了碳烃的高效低能耗分离，并且丰富了分离与纯化的理论体系。以此理论体系为基础，我们开辟了通过结构调控提升碳烃分离性能的理论支撑，发表了系列高水平文章，逐渐形成了完整的理论体系，为设计高效低能耗碳烃化合物的分离与提纯提供了理论依据和技术支持。进一步以该理论为指导，设计并组装了系列具有高效分离性能的金属-有机框架材料，并通过与其它材料复合，实现了金属-有机框架膜材料从刚性到柔性，尺寸从平方厘米到平方分米的突破（图-6）。系统的完成了从实验室规模到小试规模的转化，理论结果与工业化实验结论吻合，以此为基础与山东天维膜技术有限公司合作获批了山东省重大科技创新工程项目（2019JZZY010331，250 万元），进行工业化应用开发。分离过程消耗了工业生产中 50%左右的能源，如使用膜分离替代传统分离技术，预期可大幅降低能源消耗和污染物的排放，低成本纯化清洁能源并捕获温室气体，以此为示范可以在全国范围内推动金属-有机框架膜在能源环境领域的应用，促进达成“双碳”目标。本项目面向石油石化企业，应用于石油裂解气中低碳烃的分离和天然气纯化。

四、投入需求：

成果产业化应用需投入的资金：2000.00 万元设施：大型吸附分离装置和大型膜分离装置