一种创新的过滤材料可能不久后就会降低制造塑料的环境成本。这种材料是一种金属有机骨架，可以从其他化学物质的混合物中提取最常见的塑料的关键成分——乙烯，同时产生更低的能源消耗。
这种铁基金属有机骨架经过过氧基(红色和绿色部分)修饰后可以捕获乙烷(蓝色分子)，同时允许乙烯(桃子分子)通过。这可能为纯化乙烯提供了一种更高效和具有成本效益的方式。乙烯是塑料生产中最重要的原材料
图片来源:周伟/ NIST
一种创新的过滤材料可能不久之后就会降低制造塑料的环境成本。由美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家组成的团队创造了这项技术，
其进步性在于可以从其他化学物质的混合物中提取最常见的塑料的关键成分——乙烯，同时产生更低的能源消耗。
这种材料是一种金属-有机骨架(MOF)，这类物质被多次证明具有从炼油过程中产生的有机分子中分离单个碳氢化合物的能力。
MOFs对塑料和石油工业有着巨大的价值，因为它的这种能力使得制造商能够以比标准的石油提炼技术更低的成本进行这种分离。
这一前景使MOFs成为NIST和其他机构的重点研究对象，从而使MOFs能够分离汽油中的不同辛烷并加速复杂的化学反应。然而，有一个主要的目标已经被证明是难以实现的:一种工业上首选的“榨出”乙烯的方法。其中，乙烯是制造聚乙烯——用于制造购物袋和其他日常容器的塑料——所必需的分子。
然而，在今天的《科学》杂志上，研究小组揭示了一个经过深入研究的MOF的修饰方法，可以从乙烷混合物中分离纯化的乙烯。这支团队由德克萨斯大学圣安东尼奥分校(UTSA)和中国太原理工大学(Taiyuan University of Technology)联合组建，在NIST中子研究中心(NCNR)进行研究。
该团队创造性的研究代表了该领域研究发展的重要一步。
制造塑料需要很多能量。聚乙烯是最常见的一种塑料，由乙烯构成。乙烯必须经过高度纯化才能在生产过程中发挥作用，但目前用于将乙烯从所有其他碳氢化合物中分离出来的工业技术是一种寒冷而高能量的过程，可以将原油冷却到零下100摄氏度以下。
乙烯和乙烷构成了混合物中碳氢化合物的主体，而将这两种化合物分离是迄今为止最耗能的步骤。
如果可以找到一种替代的分离方法，将减少每年全世界制造1.7亿吨乙烯所需要的能量。
多年来，科学家们一直在寻找这种替代方法，MOFs似乎很有前景。从微观上看，它们看起来有点像半建成的只有大梁没有围墙的摩天大楼。这些大梁的表面会使某些碳氢化合物分子牢牢附着，所以将两种碳氢化合物的混合物倒入右侧的MOF可以将一种分子（碳氢化合物）从混合物中拉出来，让另一种碳氢化合物以纯的形式出现。
诀窍是创造一个可以让乙烯通过的MOF。对于塑料行业来说，这一直是症结所在。
NCNR的科学家Wei Zhou说:“这很难实现，大多数被研究的MOFs抓住的是乙烯而不是乙烷，其中一些通过选择性吸附乙烯甚至表现出了出色的分离性能。但从工业的角度来看，
如果可行的话，宁愿采取相反的做法。人们更想要吸附乙烷的副产品而让乙烯通过。"
研究小组花了数年时间试图解决这个问题。2012年，NCNR的另一个研究小组发现，一种名为MOF-74的特殊框架能够很好地分离包括乙烯在内的多种碳氢化合物。这似乎是一个很好的出发点。团队成员从科学文献中寻找更多的灵感。最终，从生物化学中提取的一个想法使他们迈向了正确的方向。
研究小组负责人、乌特萨大学（UTSA）的Banglin Chen教授说:“化学领域的一个重大课题是找到打破碳和氢之间形成的牢固纽带的方法。如果可以找到这种方法可以让你创造出很多有价值的新材料。我们发现，之前的研究表明，含有过氧化铁的化合物可以破坏这种化学键。”
研究小组推断，要打破碳氢化合物分子之间的化学键，化合物首先必须吸引这个分子。
当他们修饰了MOF-74的内壁，使其包含有一种类似于这种化合物的结构时，发现它从混合物中吸引来的分子是乙烷。
这个团队把MOF带到NCNR去探索它的原子结构。利用一种叫做中子衍射的技术，他们确定了MOF表面的哪一部分吸引了乙烷——这是解释他们的这种创新材料得以成功而其他人的努力却失败的关键一步。
Chen说:“没有对这种现象的机制的基本理解，没有人会相信我们的结果。我们也认为我们可以尝试在表面上添加其他的小基团，也可能做一些其他的尝试。这是一个全新的研究方向，我们对此感到非常兴奋。”
Zhou表示，尽管该团队修饰后的MOF工作效率很高，但它可能需要进一步的开发研究才能应用在炼油厂行业。
Zhou说:“
我们已经证明了这条路线是有前景的，我们未来的目标是大幅度地提高他们的选择性。这值得进一步研究。”
原文题目：Novel material could make plastic manufacturing more energy-efficient，原文来自：sciencedaily，由材料科技在线团队编译。
