天然气里的二氧化碳难脱除、石油炼化中“长得一样”的分子难分离，一直是能源化工行业的老大难。近日，南京工业大学顾学红、王学瑞教授团队历时五年攻关，研发出全新的分子筛膜制备技术，成功制备出能规模化生产的高性能沸石分子筛膜，为工业气体装上“精准筛选器”，相关成果发表在国际顶级期刊《自然·通讯》上。

分子筛膜“从短到长”、“从单根到多根”放大合成

沸石分子筛膜是一层布满超小细孔的“分离膜”，仅允许符合尺寸的气体分子通过，实现精准分离。但这款膜的制备，长期存在两大行业痛点。“传统沸石分子筛膜制备，一是膜层太厚，气体分子穿过膜的阻力大、跑得慢；二是从实验室规格膜样品放大到工业规格膜产品，容易出现缺陷，导致分离效果大打折扣。”该研究共同通讯作者、南工大顾学红教授介绍。

为破解难题，团队创新提出“胚胎沸石介导缝合成膜”新策略。论文第一作者、南工大游乐凯博士形象比喻道：“传统膜层内缝隙的消除，就像在石子路上铺沥青；而新策略就像拿一根‘针线’，把沸石分子筛晶体从原子层面实现精准‘缝合’，形成‘无缝衔接’的分离膜。”

胚胎沸石介导缝合成膜策略示意图

这一“缝合”技术实现了三大关键突破，该研究共同通讯作者、南工大王学瑞教授介绍，一是膜层更薄，厚度降至560纳米，大幅降低气体穿透阻力；二是筛选更准，二氧化碳与甲烷分离选择性高达158，“也就是透过300个分子中，甲烷分子数量还不到2个”；三是应用范围更广，成功制备出40厘米长、由102根中空纤维分子筛膜组成的0.5平方米工业级膜组件，实现从实验室样品到工业产品的跨越，且适用于三种不同拓扑结构的沸石分子筛，普适性良好。

实验室的成果，更要经得住工业现场的严苛考验。团队将膜组件置于含2500ppm硫化氢、饱和湿度的沼气提纯工况中，膜组件稳定运行超220天，还能同步实现二氧化碳、水和硫化氢的渗透，顺利通过工业级使用测试。

课题组成员

相较于传统技术，新膜的能耗优势尤为突出。顾学红教授表示：“传统深冷分离操作温度通常为气体分子液化温度，而我们研发的沸石分子筛膜技术在室温下就能运行，能耗优势非常明显。”他介绍，这项成果为天然气提氦、天然气（沼气）脱碳、同分异构体分离等工业气体分离领域，提供了可行的技术路径，“有望推动相关行业的低碳流程再造和绿色升级转型”。目前，团队正推进技术进一步放大，让这款“气体筛选器”早日在工业现场广泛落地。

据悉，该项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金等多个项目的支持。

通讯员 杨芳

南京日报/紫金山新闻记者 姜静

2026年3月30日《紫金山新闻》：http://m.zjsnews.cn/news/8709867018286689058