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傳統提煉法極耗能源 國大研發“海綿”去除雜質 節能方式取得高純度乙烯

2023 年 2 月 27 日 夜月奇幻

這個粉狀的材料如同一塊微型海綿,每個顆粒都有許多極其微小的洞孔,能同時吸附乙烷和乙炔。每個孔只有0.3至0.4納米,約等于頭發直徑的10萬分之一。

新研發的超微孔吸附材料能在室溫和常壓的環境中去除乙烷和乙炔,留下乙烯,節省能耗。它是金屬有機框架(metal organic framework),即多孔晶體材料的一種。

2021年,全球共産約2億1400萬噸乙烯(ethylene)。在本地,跨國石油巨頭如埃克森美孚和蚬殼公司所設的石化廠,每年可裂解數百萬噸的乙烯。

國大研究團隊獲阿姆斯特丹大學和廣西大學研究員的協助,花了約一年完成這項研究,成果于去年7月刊登在德國學術期刊《應用化學國際版》(Angewandte Chemie)上,下一步是希望與業界合作把成果轉化爲商業用途。

乙烯是石油化工業極爲重要的化學原料,從常用的塑料袋,到汽車部件和醫療器材,許多塑料和橡膠制品都少不了它。但提煉乙烯極耗能源,新加坡國立大學因此研發了一款“海綿”,能在常溫常壓的環境下吸附乙烯中的雜質,以節能的方式取得高純度的乙烯。

由國大研發的超微孔吸附材料,作用就是把乙烯,以及與乙烯特質相近的乙烷(ethane)和乙炔(ethyne,也稱acetylene)分開,提煉出99.9%高純度的乙烯。

丁琦解釋,乙烯、乙烷和乙炔的分子結構、大小和沸點等特質都很接近,因此較難把它們分開。

乙烯提煉自石油,必須經過八九百攝氏度高溫的裂解,轉化爲不同的碳氫化合物(hydrocarbon)後,再去除雜質以便把乙烯分離出來。

全球每年爲生産乙烯排放超過2.6億噸二氧化碳

國大設計與工程學院、化學與生物分子工程系研究員丁琦博士說:“乙烯的全球需求量很大,但是生産能耗非常高,我們于是把研究重點放在如何以更加節能綠色的方式,來實現它的高效生産。”

以現有的技術消除乙烯中的乙烷,須在零下30攝氏度的低溫,以及比常壓高20倍的高壓環境中才能完成,而消除乙炔則需高溫和高壓,這樣一來要提煉乙烯就會非常耗能源。

指導丁琪和團隊的化學與生物分子工程系助理教授張歲說,超微孔吸附材料以鋅和其他的有機化合物制成,這些原料價格便宜,每公斤只需約60美元(約80多新元),而且容易取得。

負責這項研究的國大設計與工程學院、化學與生物分子工程系研究員丁琦博士(30歲)接受《聯合早報》訪問時說:“乙烯的全球需求量很大,但是生産能耗非常高,我們于是把研究重點放在如何以更加節能綠色的方式,來實現它的高效生産。”

乙烯生産是化學工業中,碳排量最高的三大來源之一。根據調研機構IHS Markit于2021年公布的報告,爲了生産乙烯,全球每年排放超過2億6000萬噸的二氧化碳,相等于4000多萬輛汽車的碳排量。

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