11月29日，国际权威期刊《Science》刊发北京工业大学材料科学与工程学院安全福教授团队科研成果《Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane》。该项研究成果为石脑油中芳烃-烷烃混合物的分离提供了有效的解决方案，为石化行业的低碳流程再造提供了新思路。这是北京工业大学再次以第一作者单位在《Science》期刊上发表的论文，标志着学校在膜材料领域取得重要科研进展。北京工业大学在读博士生孙皓为论文第一作者，王乃鑫教授和安全福教授为通讯作者。北京工业大学在读博士生许莹荟、王丰恺，以及澳大利亚莫纳什大学王焕庭教授、陆军教授为合作者。
节能减碳是石化行业的重要发展方向。轻烃作为石脑油蒸汽裂解的关键产物，其生产过程中若能实现芳烃与烷烃的高效分离，不仅能显著降低能源消耗水平，还能获取高价值的芳烃，从而实现流程再造，达成减碳与增效的双重目标。然而，芳烃与烷烃（如苯与环己烷、甲苯与正庚烷）分子尺寸和物理化学性质相似，实现芳烃与烷烃分离极具挑战。
针对这一挑战，基于团队提出的纳米基元筑膜新思路，采用一种具有芳烃快速传输通道的纳米多面体颗粒为构筑基元，设计制备了颗粒高密度取向排列的单层多面体膜（Oriented Monolayer Polyhedral, OMP膜），该膜对芳烃具有高选择性。通过精确调控单层多面体的排列和密度，使多面体在多孔支撑体表面的覆盖率达到85.6%，并设计了两级膜串联分离工艺，成功将石脑油模拟料液中的芳烃含量从15 wt%提升至97.5 wt%，实现了芳烃与烷烃的高效分离。采用低场核磁和分子模拟等手段，深入研究了芳烃与OMP的相互作用，阐明了芳烃分子在OMP膜通道中的优先吸附与快速传递机制。该研究为芳烃与烷烃的高效分离提供了创新解决方案，为高性能膜的设计提供了借鉴。
图 (A) OMP膜结构及芳烃分子传递机制；(B和C) OMP膜的微观形貌；(D) OMP膜的芳烃/烷烃分离性能；
(E) 两级膜串联分离工艺分离石脑油模拟料液；(F) OMP膜对石脑油模拟料液的分离性能。
北工大是国内最早从事膜分离技术研究的单位之一，长期以来围绕膜在工业、能源、健康和环保领域的应用，开展了膜材料设计、组件制备、污染控制及膜应用等研究。在多方大力支持下，经过几代人不懈努力，团队已在液流电池储能、二氧化碳捕集、水资源处理、药物分离与纯化等领域取得了创新性成果。团队先后承担了国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）课题，国家重点研发计划项目及课题，国家自然科学基金杰出青年基金/面上/青年项目，以及北京市科委、北京市教委、北京市自然科学基金及企业委托项目。研究成果已在《Science》《Nature Nanotechnol》《Nature Water》《Sci. Adv.》《Angew. Chem. Int. Ed》《Adv. Mater.》《J. Membr.Sci.》《AIChE J.》《J. Mater. Chem. A.》等国际权威学术刊物上发表，部分成果授权企业实施，实现膜规模化制备，推进了膜的工程应用。
论文原文链接地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq5577
第一作者 孙皓
北京工业大学材料科学与工程学院博士生，本硕博就读于北京工业大学（本科专业为应用化学），国家留学基金委资助赴澳大利亚莫纳什大学联合培养一年。研究方向为高性能分离膜制备及应用，以第一作者身份在《Science》《Angew. Chem. Int. Ed.》《J. Membr. Sci.》等期刊发表学术论文5篇，曾荣获北京市优秀毕业生、博士生国家奖学金、博士创新奖学金等荣誉。
通讯作者 王乃鑫
北京工业大学材料科学与工程学院教授，入选教育部国家重大人才工程青年项目。主要从事面向分子或离子分离的膜材料制备与改性、膜微观结构调控、膜组件制备等方面的研究。主持了国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、北京市自然科学基金等科研项目；曾获北京市科技新星、中国石化联合会科技进步一等奖（2/6），茅以升科学技术奖-北京青年科技奖。以第一/通讯作者在《Science》《Angew. Chem. Int. Ed.》《AIChE J.》《J. Membr. Sci.》《ACS Nano》等期刊发表SCI论文56篇，授权国家发明专利12项。
通讯作者 安全福
北京工业大学材料科学与工程学院教授，国家杰出青年科学基金获得者。研究方向为面向能源环保的纳米基元分离膜的构建、膜组件及其应用。主持完成国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目、北京市教委-科委联合资助重点项目、企业委托项目等10余项；获得北京市教委长城学者培养计划和浙江省杰出青年基金等支持。已在《Science》《Nature Nanotechnol.》《Nature Water》《Adv. Mater.》《Angew. Chem. Int. Ed.》《Sci.Adv.》《J.Membr. Sci.》《AIChE. J.》等期刊发表SCI学术论文200余篇，授权国家发明专利70余项，参与编写膜相关著作4部。
