在“双碳”目标推动下，精细化加工和节能降耗成为新趋势，“分子炼油”技术是炼油行业绿色创新和高质量发展的关键。从石油烃中高效分离芳烃，为芳烃按需加工提供优质原料，是实现“分子炼油”理念的重要技术途径。详细介绍了芳烃与非芳烃及芳烃组分间分离技术研究现状，进一步总结了芳烃分离技术选型策略，并提出了芳烃分离低碳工业化主要发展方向，从而实现芳烃高值化利用和化工行业可持续发展。

铀、锂的富集和分离对绿色能源和工业升级具有重要意义。海水中铀、锂的储量是陆地的数千倍，但浓度极低，从海水中高效提取铀、锂，已成为化学、材料、能源与催化领域的研究前沿之一，基于光电驱动的还原吸附分离技术发展迅速。介绍了光电驱动促进海水中铀和锂提取的研究进展，重点介绍了典型光电驱动提取材料与过程，总结了光、电驱动海水中分离锂和铀的性能及优缺点。基于光电驱动的新策略对锂和铀提取展现出了更快的吸附动力和更强的捕获能力，分析总结了海水提铀和锂中的能量消耗及成本效益，并展望了光电驱动促进海水中铀和锂提取研究的发展趋势，旨在为设计开发新型海水提铀和锂的光电提取材料提供启示。

原子级制造是在原子精度对材料结构进行精准控制，是制备高端材料的变革性新技术。在原子级别对膜材料厚度和孔结构进行精密调控，开发单原子层纳米孔膜，可显著降低传质阻力，实现分子极限渗透与分离，将为膜分离领域的发展与难分离物系的突破带来新机遇。本综述介绍了多种单层纳孔膜材料（single layer nanoporous membranes， SLNM），总结其纳米孔构筑方法及单层膜制备方法，探讨其在气体分离、液体分离、离子分离等领域的应用现状。最后，针对单层纳孔膜面临的机遇与挑战进行了剖析与总结，并对其未来发展方向进行了展望。

双极膜作为一种高性能复合膜，在盐制酸碱、能量存储与转化、酸碱液流电池等领域得到了广泛应用。在反向偏压下，水体系中双极膜中间层的水分子可解离成H⁺和OH^-，与阴阳离子交换膜配合构成双极膜电渗析广泛应用于高盐废水脱盐同时酸碱化。除水体系外，双极膜电渗析也可应用于水-醇体系，生产水溶性较差的有机酸。同时，双极膜也可实现醇的解离，使其解离为氢离子和烷氧根离子，应用于金属醇盐生产、有机物绿色合成等。目前醇水体系研究较少，因此，本文聚焦于醇水体系双极膜电渗析研究进展，深度比较水、醇解离的机理和电化学性质。同时也指出双极膜应用于醇体系的瓶颈问题，包括解离电阻高、双极膜溶胀造成同离子泄漏严重等，最后分析为实现双极膜水-醇混合体系以及醇体系更广泛的应用，仍需积极探索其混合体系的解离机理，制备适合醇体系的双极膜等。

金属有机框架（metal organic frameworks，MOFs）材料，以其高比表面积、大孔体积以及结构可调等特性，在气体储存、吸附分离以及催化等诸多领域引起了广泛关注。近年来MOFs的数量呈现爆发式增长态势，这使得针对特定应用场景探寻合适的MOFs成为一项极具挑战性的任务。在此情形下，高通量计算筛选（high-throughput computational screening，HTCS）成为从海量材料中筛选出高性能目标MOFs最为有效的研究方法。HTCS会产生大量多维的数据，而这些数据可进一步用于机器学习（machine learning，ML）训练。最近，将ML应用到MOFs的HTCS中成为新的热点，它不仅可以揭示材料潜在的结构-性能关系，还可以洞悉它们在不同应用中的性能变化，尤其是在气体储存和分离方面。本综述着重介绍了ML辅助HTCS在MOFs气体分离领域的最新技术进展，系统分析了在探寻高性能MOFs时ML与HTCS相互协同以提升筛选效率的内在机制，深入探讨了在这一新领域中呈现出的机遇和挑战。

在工业气体脱氧技术中，催化脱氧法因其高效性和脱除深度被广泛应用，开发低成本、高活性、高选择性、耐久性强的催化剂是催化脱氧技术的关键。综述了气体脱氧催化剂的研究现状，阐述不同场景下催化脱氧机理，从催化剂结构设计角度总结活性组分、助剂和载体对催化脱氧性能的影响规律。低温活性、抗毒化性能和长周期稳定性是脱氧催化剂开发的重要目标，总结了构筑高活性、高稳定性脱氧催化剂的策略，主要包括空间限域的物理方法以及活性中心合金化、金属-载体强相互作用等化学方法。最后综合气体脱氧剂的研发和应用现状，指出非贵金属脱氧剂、（水）热稳定性单原子脱氧剂、多功能型脱氧催化剂是未来脱氧催化剂发展的重要趋势。

金属-有机框架（MOF）是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键形成的新型多孔材料。它们展现出结构多样、高比表面积、高孔隙率、结构与性质多样化调控等优点。近年来，MOF在吸附、分离、催化和传感等不同领域的应用逐渐受到关注。然而，MOF宏量制备面临着合成条件严苛、反应时间延长、产量低以及成本高等化学工程领域的挑战。因此，研究人员正在探索各种新的合成方法，如水热/溶剂热法、常温快速合成法、溶剂回流法、碱辅助法、机械化学法、电化学法、微波辅助法、超声波辅助法、喷雾干燥法、干凝胶转化法、加速老化法等。以此为主题，综述了宏量制备MOF的方法，并对成本、环境影响、安全性和可行性进行了评价，也简要讨论了MOF成型加工技术的最新进展，展望了未来MOF材料在宏量制备与成型方面的挑战与机遇。

金属有机骨架（MOFs）材料因其具有高的比表面积和孔隙率、可调的孔径、丰富多样的结构等优势在气体吸附分离、催化、传感等领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统MOF材料的合成以溶剂热法为主，不仅要消耗大量高值有机溶剂，且生产过程能耗高、产量低、废液难处理，不符合化工绿色发展的要求。蒸气相辅助合成法具有溶剂用量小、反应流程少、周期短等优势，近年来在MOF材料合成与改性方面受到广泛关注，有望为MOF材料的合成提供一条绿色高效的新途径。综述了蒸气相辅助法制备MOF基材料的研究进展，阐述了该方法在MOF材料合成及改性领域的研究进展，展望了该方法的发展前景。

金属有机框架（metal organic frameworks，MOFs）玻璃材料的出现与传统的MOFs材料形成了良好互补，凭借其独特的熔融特性及短程有序、长程无序的超微孔结构，有效避免了多晶MOFs膜存在的晶间缺陷以及MOFs基杂化膜中相界面不兼容问题，为气体分离膜领域带来了新的技术选择。首先回顾了MOFs玻璃材料的研究历程，系统总结了MOFs玻璃的制备方法，介绍了MOFs玻璃膜在气体分离领域的最新研究进展，最后针对MOFs玻璃膜气体分离发展面临的问题进行了分析，并提出了潜在的研究方向和解决方案。

渗透汽化是一种新兴的膜分离技术，广泛应用于溶剂回收和环境保护领域。通过选择性渗透和汽化过程，渗透汽化膜可有效分离水与有机溶剂，尤其适用于处理含水溶剂的废液，能减少环境污染，并实现资源的循环利用。立足于以聚合物材料作为基底的膜材料设计，综述疏水渗透汽化膜的研究进展，凝练出目前亟待解决的关键问题，为推动该技术领域的进一步发展提供指引。首先讨论了基于聚合物基底的渗透汽化膜的类型及特征，从提升材料疏水特性的角度，阐述了用于提升膜疏水性能的方法，如物理共混、表面结构控制和中间层构筑等，分析总结了具有所需微观结构和表面特性的聚合物基疏水渗透汽化膜的设计策略。其次，介绍了聚合物基疏水渗透汽化膜在溶剂回收领域的广泛应用及前景，包括醇类、脂类、烃类和酮类等溶剂的回收。再次，介绍了聚合物基疏水渗透汽化膜的热稳定性和中试案例。最后，对聚合物基疏水渗透汽化膜在实际应用中面临的挑战进行了分析，并概述了聚合物基疏水渗透汽化膜未来的研究和发展方向。

金属-有机框架（MOF）是由金属离子或金属离子簇与有机配体配位连接而成的一类高度有序的多孔材料。作为分离膜材料具有广泛的应用潜力。开发高效的MOF膜制备和修饰方法对获得连续、致密、结构可调控的MOF膜至关重要。相比传统液相合成过程，蒸气加工方法可大幅节省溶剂及前体用量，有效避免竞争性体相成核，降低后处理过程中因溶剂分子移除造成的膜层开裂风险，兼具效率高和环境友好的特点。系统总结了蒸气加工法用于MOF膜的直接合成与合成后修饰改性方面的研究进展以及蒸气加工方法对MOF膜分离性能的调控和强化作用，并展望了蒸气加工法未来的发展方向及其在MOF膜放大制备方面的应用潜力。

海洋中约有45亿吨铀，能够满足全球核工业生产千年以上的可持续生产需求，因此海水提铀被认为是改变世界的化学分离技术之一；膜分离因效率高、能耗低、无污染等特点，被广泛用于海水提铀。金属有机骨架（MOF）由于其可变的孔道结构、丰富的活性位点、化学修饰多样性，作为膜材料在海水提铀应用领域前景广阔。综述了将膜分离技术应用于海水提铀的最新研究进展与未来发展方向，系统总结了采用MOF膜实现海水提铀的分离机理与面临的挑战。

膜分离技术因其高效与环境友好的特性，在多个领域得到了广泛应用。然而，传统膜在复杂环境中的适应性有限，难以满足不断提升的分离需求。智能响应膜能够响应光、温度、pH、电场等外界刺激，实现膜结构与性能的动态调控，展现出应对多变应用需求的优势。随着共价有机框架、金属有机框架和共轭微孔聚合物等新型有机多孔聚合物的发展，智能响应膜的设计和优化迎来了新的机遇。该综述总结了新型有机多孔聚合物智能响应膜的研究进展，分析了不同外界刺激对膜结构和性能的调控，梳理了制膜方法及响应基团的引入策略，并探讨了未来的发展方向与挑战。

氦气作为一种不可再生的稀有气体，在科学研究、工业生产等领域发挥着至关重要的作用，高效、经济地分离纯化氦气具有重要的科研和应用价值。膜分离技术以其能耗低、操作简便等优势，成为氦气分离领域的研究热点。聚合物膜因其优异的柔韧性、成膜性以及良好的气体分离性能而备受关注。介绍了近年来聚酰亚胺、自聚微孔聚合物和含氟聚合物等氦气分离膜材料的最新研究进展，重点综述氦气分离膜材料的可加工性、放大生产以及长期稳定性（如塑化和物理老化）等问题，并对未来氦气分离聚合物膜材料的开发及未来发展趋势进行了展望。

低碳烃(C₁~C₃)混合物的分离与纯化是石油化工行业可持续发展的关键技术环节之一。物理吸附分离技术由于能耗低、易再生和操作简便的特点，在这一领域具有应用潜力。而研发温和条件下低能耗、高选择性吸附分离C₁~C₃的固体吸附材料是关键。多孔炭因其优异的化学稳定性、可调控的孔隙结构和表面化学性质，在低碳烃分离和纯化领域受到广泛关注。结合本课题组研究工作，综述了多孔炭材料在C₁~C₃的天然气(包含煤层气)及烯烃烷烃分离体系的研究进展及分离机理，总结了孔隙结构与表面极性调控方面的研究成果。最后，分析了多孔炭材料在分离低碳烃时所面临的挑战，展望了未来发展方向。

近年来，由金属-有机框架（metal-organic frameworks， MOFs）材料熔融-淬火得到的MOF玻璃引起了众多研究学者的关注。经过熔融-淬火处理，MOF晶体由长程有序的晶态转变为短程有序、长程无序的非晶玻璃态。在这一转化过程中，MOF玻璃有效地消除了非选择性的晶界，确保了材料的均匀性和一致性。MOF玻璃优异的可加工性和成型性，使其能够方便地制备成各种形状和尺寸的膜材料。MOF玻璃永久且可进入的孔结构，赋予其选择性吸附不同类型气体的能力。基于此，MOF玻璃有望成为高性能分离膜的候选材料，推动相关研究和应用的不断发展。本文综述了用于气体分离的MOF玻璃膜的熔融机理、分类和最新研究进展。此外，还讨论了膜生产过程中面临的挑战，并提出了未来可能的研究方向。

木质纤维素纳米纤丝(LCNF)气凝胶具有高孔隙率、低密度、原料可再生及可重复利用等优点，但力学性能不足限制了其在油水分离领域的应用。通过冷冻干燥和化学气相沉积法制备了LCNF/聚酰亚胺(PI)复合气凝胶。结果表明，PI与LCNF之间的强氢键作用赋予了气凝胶良好的力学和油水分离性能，其弹性模量为9.69~11.88 kPa，吸油倍率为73.0~103.4 g∙g^-1。相较M-LCNF气凝胶，M-LCNF/PI气凝胶的弹性模量提升了1.459~2.015倍，吸油倍率提升了1.6~21.0 g∙g^-1。M-LCNF/PI-1.00气凝胶保持了低密度(8.66 g∙cm^-3)、优异的疏水性(水接触角达140.6°)、高热稳定性(最大分解速率温度达363.1℃)及良好的隔热性能(热导率0.04436 W∙m^-1∙K^-1)。M-LCNF/PI-1.00对真空泵油的吸附更符合准二级动力学模型。M-LCNF/PI-1.00挤压吸附无水乙醇5次后，仍保持原吸附倍率的79.1%，表现出良好的可重复使用性，为制备高性能吸油材料提供了新策略。

在集成电路的薄膜沉积工艺中，电子级二乙氧基甲基硅烷(DEMS)是制造低介电常数硅基半导体薄膜的关键前体，要求其有机纯度达到99.990%(质量分数，4N)，总金属离子杂质含量≤5.000 μg/L，单个金属杂质含量≤0.500 μg/L。目前工艺难以达到纯度要求，因此提出了完整的电子级DEMS纯化的减压共沸精馏工艺技术路线，主要工作包括：(1)通过常规精馏实验分析了DEMS的纯化难点，进行减压共沸精馏实验，将关键组分杂质乙醇提纯至0.010%(质量分数)以下，降低了DEMS的纯化难度，有机纯度达到4N；(2)通过常规减压精馏实验探究，实现总金属离子杂质含量≤5.000 μg/L和单个杂质含量≤0.500 μg/L的目标；(3)建立了减压共沸精馏模型，利用实验结果进行模型验证，进一步建立了减压共沸精馏工艺，利用模型对新工艺进行优化设计。研究结果得到的DEMS产品指标达到了电子级标准，满足集成电路制造工艺要求，为规模化、低成本生产电子级DEMS奠定了理论基础。

针对生物柴油中微量硫化物难脱除的问题，采用离子交换法构筑了富酸位Ce-13X分子筛，将其用于生物柴油吸附脱硫体系。通过一系列表征对其物相组成、结构形貌、酸强度、元素价态和酸性等性质进行分析。结果表明，Ce的引入增加了13X分子筛的强B酸位点以及弱L酸位点浓度。在最优实验条件温度40℃，剂油比为1∶80下，经过30 min，生物柴油中的硫含量从8 μg·g^-1降至目标浓度2 μg·g^-1以下。吸附动力学表明该吸附过程符合准二级动力学模型且整个吸附过程主要由液膜扩散和颗粒内扩散控制，吸附热力学表明Ce-13X对硫醇的吸附为自发放热过程。该研究不仅提出了一种富酸位13X分子筛的构筑方法，而且能够构筑高效吸附脱硫体系，实现生物柴油中微量硫化物超深度脱除。

金属有机框架（MOFs）作为新兴的膜材料，其变革发展正逐渐推动膜分离技术迈向1 nm尺度的精准分子分离。ZIF-8是至今研究最广泛的MOF膜材料之一，其晶体学<100>方向具有四元环孔口，临界直径介于乙烯和乙烷分子动力学直径之间。利用表面活性剂辅助合成策略制备｛100｝取向ZIF-8纳米薄片，并以此为基本构建模块制备｛100｝取向的超薄ZIF-8膜用于乙烯/乙烷的分离。膜的微结构表征与分离性能测试结果表明，得益于取向膜内形成了高度定向的四元环孔道且无晶界缺陷，实现了对乙烯/乙烷的精准分离。在25℃和101 kPa条件下，乙烯/乙烷分离选择性达6.8，乙烯渗透速率达7.33×10^-8 mol/（m²·s·Pa），且连续运行100 h无性能衰减。为推进MOF膜在同碳数烃等分子分离领域的理论与技术发展奠定基础。

顺序式模拟移动床切换模式多变，能耗水耗低，可实现多组分、难分离体系的连续性高效分离纯化。前期研究表明，顺序式模拟移动床无法同时兼顾纯度和溶剂消耗等性能，为此计划通过结构调控与优化，提升分离性能，开发一种具有普适性的新型操作模式。首先选择低聚木糖糖浆作为目标体系，使用DOWEX MONOSPHERE^TM 99/310 K⁺ 树脂作为固定相，完成相应的分离实验及过程模拟，以验证模型的准确性。通过过程模拟对顺序式模拟移动床子步骤进行切换顺序调控和切换模式改型，并比较其产品纯度、收率、水耗等指标。结果表明，新型“循环-进料-洗脱”模式表现优异，可在控制水耗的同时保证较高的纯度和收率，且与传统结构“进料-循环-洗脱”相比，相同操作条件下目标产物的纯度和收率分别提升了33%、37%，水耗下降了2.79 ml/min。此外，不同改型方式也可调控分离性能，提高产品多样性，并降低生产成本。本研究为顺序式模拟移动床的工业化应用与改型研究提供了思路与参考。

磁诱导的变温吸附因其操作便捷、产热速率快以及传热距离短而备受关注，其能源利用效率由吸附材料在磁场中的性能决定。目前的吸附材料性能难以调变，无法在磁诱导变温吸附中充分发挥其分离性能。构筑了磁响应柔性吸附材料MN@CPL-1，并将其应用于丙烯捕获。通过将Fe₃O₄纳米颗粒与柔性MOF材料原位复合实现材料的制备。当交变磁场关闭时，MN@CPL-1具有开放的孔结构，能够有效地捕获丙烯分子。当交变磁场打开时，磁诱导的热量从Fe₃O₄纳米颗粒快速转移至CPL-1，使其框架结构发生局部旋转，促使丙烯分子释放。最优样品在10~30℃变温区间内的工作容量(22.5 cm³·g^-1)优于很多经典的丙烯吸附剂，如MIL-101(14.45 cm³·g^-1)、MAC-4(13.00 cm³·g^-1)和沸石5A(4.14 cm³·g^-1)。在外部磁场调控下，最优样品的吸附量变化率达到了65.9%，并且经过5次交变磁场关闭/打开吸脱附循环后，复合材料依然能保持良好的吸附性能。磁感应产热与吸附材料柔性结构的耦合提升了吸附效率。

对二甲苯（PX）作为基本化工原料，将其从二甲苯混合物中分离是化工利用的前提。络合结晶法通过耦合络合与结晶过程，对于分离相近沸点混合物具有很高的潜力。以双金属卤化物CuAlCl₄作为络合剂与二甲苯通过π-络合得到三种新晶体2PX·CuAlCl₄、2MX·CuAlCl₄和2OX·CuAlCl₄，熔点分别为41.0、15.1和55.7℃。测定了2PX·CuAlCl₄/2MX·CuAlCl₄和2PX·CuAlCl₄/2OX·CuAlCl₄二元体系的固液平衡数据，均为简单低共熔体系，低共熔点处2PX·CuAlCl₄摩尔分数分别为0.3969和0.6107，对应温度为-3.36℃和14.83℃，与纯芳烃二元体系相比分别提高了49.2℃和47.7℃，结晶操作所需温度大幅度提升。采用理想溶液模型进行拟合，发现该模型可较好地关联固液平衡数据，为双金属卤化物络合结晶分离混合二甲苯提供了热力学基础。通过初步结晶分离得到98%纯度的PX，证明了该方法的可行性。

目前氦气提取过程，存在过度依赖于液化天然气生产过程的富氦尾气、催化氧化破坏式脱氢引入新杂质和高能耗的问题。因此，提出基于资源广泛的贫氦管输天然气的多级膜-电化学氢泵-吸附耦合提氦工艺，利用管输天然气压力和多技术梯度产品化除杂提氦策略，生产氦气、燃料电池氢和二氧化碳多元化产品，实现贫氦管输天然气经济性提氦。运用Aspen HYSYS软件对1.00×10⁵ m³/h贫氦管输天然气耦合提氦工艺模拟优化，考察了回收率、膜性能和氦气浓度对工艺经济性的影响，模拟结果表明：在典型管输压力4.0 MPa和0.04%(体积分数)He时，采用中渗透性中选择性气体分离膜，且氦气回收率为50%~70%时，贫氦管输天然气提氦耦合工艺经济性较好，氦气盈亏平衡价格为115.5~123.2 CNY/m³，且随着氦气浓度增加盈亏平衡价格逐渐减小，为贫氦资源经济性利用提供极具工业前景技术路线。

乙烷是石油化工生产中的重要原料，可用于生产乙烯等化学品。从天然气中分离出乙烷，可以实现资源的有效利用。采用吸收-吸附耦合分离法分离甲烷/乙烷混合气，通过将ZIF-8颗粒分散到N， N-二甲基丙烯基脲（DMPU）中形成悬浮浆液，以制备的浆液作为分离介质。研究结果表明，该浆液对乙烷的吸收容量明显高于甲烷；此外，该浆液的吸着速率快，乙烷在3~5 min即达到吸着平衡。283.15 K、初始气液比52.46左右时，ZIF-8/DMPU浆液体系对C₂H₆/CH₄的分离因子可以达到9.26。在混合气动态穿透实验中，浆液也表现出出色的动力学分离性能。此外，该浆液的再生条件温和，回收的ZIF-8材料结构保持完整，可以实现C₂H₆/CH₄的连续吸收-解吸循环分离。

核纯级氟化铀及相关氟化物杂质的汽液相平衡数据缺乏，已成为我国干法铀纯化转化工艺开发的瓶颈。然而，该体系物性的复杂性与特殊性给数据的准确测定带来了极大困难。为此设计并研制了一种高压耐腐蚀静态法汽液相平衡测量装置，测定了纯组分VF₅和MoF₆的饱和蒸气压数据以及WF₆和MoF₆二元体系在不同温度下的恒温汽液相平衡数据。重点从装置设计、操作过程和分析检测三个角度进行了全面的误差分析与数据校正，结果表明气相取样对液相组成的影响不足万分之五；原料组成视为液相组成存在约0.5%的误差；降低气相取样吹扫气速和减小升温速率会减少误差等。基于误差分析与估算结果对实验数据进行修正后，通过了热力学一致性检验，为准确获取金属氟化物汽液相平衡热力学数据提供了支撑。

Co-MOF-74和Mg-MOF-74分别代表具有强和弱CO结合位点的材料，其常温常压下的CO吸附容量不能评估其在CO/N₂变压吸附过程的适用性。通过不同操作条件下的单组分静态和双组分动态穿透实验，研究Co-MOF-74和Mg-MOF-74的CO工作吸附容量、再生性和吸附热（Q_st）及其对应的操作温度和吸-脱附压力。结果表明，当CO/N₂组成为50%/50%时，Co-MOF-74的最佳操作条件为100℃、3.0~0.2 bar（吸附-解吸总压），CO工作吸附容量和再生性分别为2.85 mmol·g^-1和83.82%；而Mg-MOF-74为25℃、2.0~0.2 bar，CO工作吸附容量和再生性分别为1.63 mmol·g^-1和79.51%。Co-MOF-74在100℃下的Q_st（34.57 kJ·mol^-1）与Mg-MOF-74在25℃下的Q_st（35.45 kJ·mol^-1）相近，表明具有不同结合位点的吸附剂对CO的Q_st在35.00 kJ·mol^-1左右所对应的温度为最佳操作温度。研究结果可以为具有不同CO结合位点的吸附剂的变压吸附工艺设计提供参考。

设计了用于全钒液流电池的纤维素纳米晶（CNC）掺杂的磺化聚醚醚酮（SPEEK）混合基质膜，CNC表面大量的羟基和磺酸基团使其具有良好的亲水性，这些基团的存在也能改善填料和聚合物之间的界面相容性。此外，CNC的高结晶度和高纵横比确保了膜在强酸性和强氧化性条件下高的稳定性以及良好的活性离子阻隔能力。同时其表面丰富的—OH基团与水分子以及SPEEK中丰富的—SO₃H基团构建了高度互连的亲水离子纳米团簇，实现高达0.073 S·cm^-1的质子传导率。使用其组装的电池在120 mA·cm^-2的电流密度下电压效率（VE）可达88.7%，远远超过SPEEK膜（78.3%），表明SPEEK/CNC膜在全钒液流电池中具有良好的应用前景。

开发用于纯化非常规天然气中甲烷（CH₄）的吸附剂，对能源和环境的可持续发展具有重要意义。然而，CH₄和N₂的物理化学性质极为相似，这使得高性能吸附剂的设计成为巨大的挑战。以低极性芳香族咪唑环配体1H-苯并咪唑-5-羧酸构建超微孔金属有机框架材料（Ni-BZZA），有望实现CH₄/N₂混合的高效分离。该材料孔表面具有密集的氮杂环和氧原子，可作为CH₄的强结合位点。Ni-BZZA的超微孔道为CH₄提供了强大的约束性作用，在298 K和0.1 MPa下呈现出优异的CH₄吸附量（39.1 cm³·g^-1）和CH₄/N₂（体积比50/50）选择性（8.6）。在模拟工业条件下进行的穿透实验证实Ni-BZZA可以高效分离CH₄/N₂混合物。Ni-BZZA具有优异的CH₄吸附量和CH₄/N₂选择性，说明其在非常规天然气中富集CH₄方面具有极大的潜力。

基于第一性原理计算，构建出11种双金属有机框架Co/Zn-ZIFs分子模型（1#、2#、3#等），每一种模型各窗口结构相同，采用巨正则蒙特卡罗的方法研究了C₃H₆、C₃H₈分别在Co/Zn-ZIFs上的吸附性能，通过吸附热分布、吸附位点、弱相互作用、静电势及差分电荷密度等方法分析了C₃H₆、C₃H₈分别在Co/Zn-ZIFs上吸附机理，并采用分子动力学计算了C₃H₆、C₃H₈分别在Co/Zn-ZIFs窗口处的扩散特性。结果表明：C₃H₆、C₃H₈在Co/Zn-ZIFs上的吸附主要作用在配体咪唑环与甲基附近；一定范围内，升高温度、降低压力均有利于实现优先吸附C₃H₈，在环境温度为323 K，环境压力为0.5 bar下，3# Co/Zn-ZIFs的C₃H₈对C₃H₆的理想吸附选择性最高，为1.25。C₃H₆、C₃H₈在6# Co/Zn-ZIFs窗口处扩散自由能差值最大，为14.60 kJ/mol，C₃H₆、C₃H₈自扩散系数分别为3.910×10^-10和1.445×10^-12，C₃H₆/C₃H₈理想扩散选择性最高，为270.59。对于相同金属比例的不同Co/Zn-ZIFs分子模型，具有相近的C₃H₆吸附量和C₃H₈吸附量，当占比少的金属原子呈相间分布时，C₃H₆、C₃H₈的扩散自由能最大，且C₃H₈与C₃H₆的扩散自由能差值变大，从而提升了C₃H₆/C₃H₈分离选择性。对于不同金属比例的Co/Zn-ZIFs分子模型，具有相近的C₃H₆吸附量和C₃H₈吸附量，随着Co/Zn比例上升，C₃H₈、C₃H₆分子的扩散自由能均逐渐增大，扩散阻力增大。结果对分析Co/Zn-ZIFs分离C₃H₆/C₃H₈提供了极具价值的理论依据。

近年来，金属有机骨架材料（MOF）因其比表面积大、孔尺寸高度可调及功能多样等特点，在气体吸附与分离、催化、传感等领域展现出广阔的应用前景。然而，大多数MOF材料仍局限于实验室的小规模合成，MOF宏量制备面临着许多挑战，包括合成条件严苛、产量低以及后处理困难等，限制了其广泛应用的可能性。在众多MOF材料中，MIL-101（Cr）因其卓越的热稳定性、化学稳定性以及超高的孔隙率和比表面积而备受研究者青睐。MIL-101（Cr）可以通过简单的水热合成法，使用成本较低的对苯二甲酸和铬盐进行合成，展现出优异的工业应用潜力。然而，传统水热合成过程中，MIL-101（Cr）颗粒因粒径较小导致沉降困难，需要多次过滤洗涤，这些因素限制了其生产效率。为了解决这一问题，引入了絮凝剂并通过调控絮凝剂的种类和用量，缩短了过滤时间，提高了生产效率。重要的是，加入絮凝剂后MIL-101（Cr）热稳定性得以保持，BET比表面积达到3211 m²/g，二氧化碳吸附量达到40 cm³/g，性能得到了良好的保持。

从废次烟草中分离中性香气组分是废次烟草资源化利用的重要途径之一。以聚偏氟乙烯（PVDF）为基膜，沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67为改性填充物，制备了聚二甲基硅氧烷（PDMS）渗透汽化复合膜用于分离烟草的中性香气组分。采用SEM、FTIR、XRD和接触角测量仪等对复合膜材料进行表征，考察了复合膜对烟草中性香气组分的渗透汽化性能。结果表明，ZIF-67与PDMS基质为物理共混，膜的疏水性增强。随着ZIF-67添加量的增加，渗透通量和分离因子均先增大后减小。当填充量为5%（质量）时，复合膜的分离效果最佳，对2-苯乙醇、大马酮和二氢猕猴桃内酯的最大渗透汽化通量分别为3.61、2.07和0.81 g·m^-2·h^-1；最大分离因子分别为115.5，191.2和109.1。考察了复合膜对实际烟草提取液的分离效果，2-苯乙醇、大马酮和二氢猕猴桃内酯的平均渗透通量分别为16.2、11.6和9.8 mg·m^-2·h^-1。

膜分离技术是一种高效、节能的CO₂分离技术。固有微孔梯形聚合物因其高孔隙率、高选择性、结构稳定等优点被视作CO₂分离技术的优势材料。通过分子动力学模拟方法构建了三维扭曲催化芳烃-降冰片烯环化（CANAL）梯形聚合物膜（CANAL-Me-S5F膜）对CO₂/N₂混合气体的吸附和渗透模型，并对其CO₂/N₂分离性能进行研究。为了充分考虑聚合物链的柔性特征，在计算过程中，聚合物膜的大部分结构保持自由运动状态。结果表明，CO₂在CANAL-Me-S5F膜中的吸附量（4.00 mmol/g）明显大于N₂（0.30 mmol/g），这是由CANAL-Me-S5F与CO₂分子之间更强的相互吸引作用决定的。CANAL-Me-S5F膜中CO₂和N₂的渗透率分别为22546.09 Barrer和1094.01 Barrer，渗透选择性{\alpha }_{P(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}/{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}})}为20.61，该渗透选择性与已报道的实验数值十分吻合。CANAL-Me-S5F膜对CO₂分子呈现出较高的渗透选择性，主要是由CO₂在膜材料中的高溶解度（即优先吸附）主导的。研究结果可从微观层面为新型气体分离聚合物膜的设计与开发提供理论支撑。

Kr-85是一种应用广泛且极具价值的β放射性核素，主要存在于乏燃料后处理过程的尾气中。Kr-85的回收和纯化不仅能够减少放射性气体对环境的危害，还能获得高活度的放射源。本文提出了利用不同多孔吸附剂对尾气中的痕量Kr进行低温吸附富集，并通过制备色谱法进一步纯化以获得高纯Kr气。合成了纳米级纯硅MFI分子筛（Si-MFI），并对比了四种吸附剂在低温下对Kr气的选择性吸附分离能力。测试结果表明在195 K条件下Si-MFI对Kr气吸附分离效果最好。进一步通过固定床穿透实验及实验室自主设计搭建的低温Kr回收装置验证了低温回收和纯化Kr气的可行性。实验结果表明，该装置及低温富集-制备色谱纯化工艺能有效回收模拟尾气中含量为0.005%（体积）的Kr，产品Kr气中基本没有氮气和氧气杂质，证明了工艺的可行性。

筒体直径是旋风分离器尺寸优化的核心，但关于其对性能的影响，文献报道了不同结果，且鲜有探讨其流场机制。在控制入口尺寸为145 mm×63 mm，入口气速为27.5 m/s，其他尺寸与筒径成一定比例的条件下，通过性能测试研究筒径对旋风分离器性能的影响；利用计算流体力学（computational fluid dynamics， CFD）探索流场机制。结果表明，压降随筒径增加而减小，切向速度的降低是主因。分离效率随筒径增加而先增后减，最佳效率筒径约410 mm。流场分析表明其与以下机制有关：分离器内气流切向速度和轴向速度随着筒径的增加而降低，但轴向速度降幅更大，且在大筒径中产生滞留现象，二者共同作用使内旋流对微小颗粒的二次分离能力随筒径增加而提高，返混逃逸率因此降低。筒径增大后，上行流区域扩张，排气管口较强的径向汇流对上行流产生影响，造成颗粒短路逃逸的同时也加剧了内旋流所持颗粒的逃逸，逃逸量随筒径增加而先减小后增大，最佳筒径处最低。增大筒径会使得排气管外形成上行流屏障，颗粒短路逃逸难度增大，但过分增加筒径会造成短路流量增加。

纳滤膜表面荷正电改性有望提高锂镁分离选择性，但常规表面荷正电改性方法效率不高，膜表面荷正电密度低，静电屏蔽作用难消除，锂镁选择性提升有限。利用氮烷基化对表面接枝聚乙烯亚胺的纳滤膜（PEI/PA膜）表面胺基进行原位季铵化改性，制得荷正电性强化的纳滤膜（N-alkyl@PEI/PA膜）。改性后膜表面等电点从4.4提升至7.9，膜表面荷正电强度显著提高。结果表明，表面改性过程对膜通量影响较小。表面季铵化改性膜在不同pH条件下的锂镁混合溶液分离中，展示出稳定的锂镁分离性能。在pH=6.8时，其锂镁分离因子达35.7；在pH=9.7时，PEI/PA膜由于表面质子化程度降低，荷正电性减弱，其锂镁选择性降至10.1，降幅达72%，而N-alkyl@PEI/PA膜得益于膜表面季铵基团的高电离程度及荷正电强度，其锂镁选择性仍维持在21.9。本研究为提高纳滤膜在宽pH范围内锂镁分离性能的稳定性提供了参考。

碳捕集技术发展对于缓解全球变暖至关重要。胺基相变吸收剂凭借其解吸能耗小等优势，常用于化学吸收二氧化碳。然而，相变吸收剂配方成分复杂、分相机制不清、实验成本高昂，限制了新型高性能相变吸收剂的敏捷开发。对此，提出一种基于反应模板与分子动力学的胺基相变吸收剂分相预测方法，通过构建反应模板，自动生成化学吸收产物，进而利用分子动力学方法与径向分布函数等指标，研究胺基相变吸收剂的分相机制并预测其分相行为。所提方法编译为一套可全自动化预测相变吸收剂分相行为的软件及可视化界面，并应用于七种不同相变吸收剂体系，分相行为预测结果均与实验结果吻合，且发现有机溶剂与水分子之间的氢键作用是影响相变吸收剂分相行为的关键因素。本文研究成果可从计算角度辅助预测胺基相变吸收剂的分相行为，有助于降低实验测试成本，加速新型高性能相变吸收剂的开发。

膜分离技术因高效率、低能耗、无须化学添加剂等优势已成为处理含油污水的重要手段。聚醚砜(PES)膜由于出色的热稳定性和机械强度被广泛应用于水处理，但制备具有高孔隙率海绵孔结构和稳定超亲水性的PES膜，实现含油污水高通量、抗污染分离仍是一个难题。在此，通过水蒸气诱导相分离(VIPS)方法，以PES为成膜材料、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为亲水添加剂、聚乙二醇(PEG)为制孔剂制备了海绵孔结构的超亲水PES膜。同时通过Na₂S₂O₈引发膜内PVP自由基交联反应抑制PVP溶出流失，使PES膜保持长时间稳定的超亲水性质和抗油污染性能。此PES膜分离油/水乳液时分离效率高于99.8%，水通量达到3900 L·m^-2·h^-1·bar^-1，并展现出优异的循环性能，通量衰减率低至5.4%，水冲洗后通量恢复率高于96.3%。

基于金属有机骨架（MOFs）的混合基质膜兼具聚合物与MOFs材料的性能优势，是H₂/CO₂气体分离领域的研究热点。利用原位聚合法将不同粒径的CAU-1分散到聚酰亚胺（PI）基质材料中，采用XRD、SEM、TG、FTIR等手段对MOFs填料和混合基质膜进行表征，探究粒径大小和热处理温度对CAU-1/PI混合基质膜的H₂/CO₂分离性能的影响。结果表明，相较于纯聚合物膜，混合基质膜的分离效果有明显改善，原位聚合法能够显著提高MOF与聚合物的界面相容性，CAU-1粒径和热处理温度优化后的PI/CAU-1膜的H₂/CO₂分离因子可达8.4。