丙烯/丙烷分离是化学工业中最重要同时也是最具挑战性的分离过程之一。与能量密集型的低温蒸馏工艺相比，低能耗的膜分离具有巨大的优越性。ZIF-8因具有特殊的孔道结构，表现出优异的丙烯/丙烷动力学筛分性能，因而被认为是一种理想的丙烯/丙烷分离膜材料。ZIF-8分子筛膜自2012年首次被报道用于丙烯/丙烷分离以来一直备受关注，一系列创新制备方法如反扩散法、微波辅助晶种法、电化学合成法以及气相沉积法等被开发用于ZIF-8膜的优化合成。经过近十年的研究，ZIF-8分子筛膜在基础研究领域已取得重大进展，如何取得科学研究向应用转变的重大突破将是当前最核心的挑战。着眼于工业应用，研究重点将是如何降低膜合成成本、提高合成重复性、提高膜耐久性，更重要的是实现具有高填充密度ZIF-8膜的组件化。

近期，宁波大学李砚硕教授课题组提出了一种半干态合成工艺，即通过低温冰浴处理抑制ZIF-8前驱液的成核过程，将澄清的ZIF-8前驱液涂覆至多孔载体表面后于200 ℃下快速加热结晶。该工艺实现了ZIF-8分子筛膜超快速（低至5分钟）、高产量（料液全利用）、高重复性合成，将有望实现ZIF-8膜的连续化和规模化制备。半干态合成工艺制备的ZIF-8分子筛膜的丙烯/丙烷分离选择性高达190，并在较宽的温度（25-150 °C），压力（1-7 bar）和进料组成范围内均表现出优良的丙烯/丙烷分离性能。进一步地，在（1）实际工业分离模式（即后侧真空）和（2）实际工业气体即模拟焦化干气（C3H6 20.3%, C3H8 49.6%, i-C4H10 4.0%, n-C4H10 16.0% 和C4H8 10.1%）两种测试条件下，ZIF-8分子筛膜的丙烯/丙烷分离选择性仍保持在150以上。更重要的是，ZIF-8分子筛膜在长达6个月的分离测试过程中表现出优异的长效稳定性。

图1. (a) 半干态合成工艺制备ZIF-8膜示意图。（b）单位膜面积溶液用量和（c）合成时间与文献的比较。ZIF-8膜的（d）表面和（e）截面的SEM和EDX图。（f） ZIF-8膜的单组份气体渗透性能。（g）ZIF-8膜的丙烯/丙烷长效分离稳定性。

微观结构研究发现半干态合成工艺制备的ZIF-8笼腔中含有微量二甲基乙酰胺（DMAc）溶剂分子残留。相较于常规ZIF-8，DMAc掺杂的ZIF-8（DMAc@ZIF-8）表现出更高的丙烯/丙烷IAST吸附选择性，以及优异的等摩尔丙烯/丙烷混合物的动态分离性能。此外，丙烯和丙烷在DMAc@ZIF-8中的扩散系数分别为1.77×10-8和2.85×10-10 cm2 s-1，与文献报道的丙烯和丙烷在常规ZIF-8的扩散系数相当，证实DMAc客体分子并未影响丙烯和丙烷在ZIF-8孔道中的扩散过程。气体吸附与扩散的协同效应使得ZIF-8分子筛膜具有优异的丙烯/丙烷分离选择性。值得注意的是，如下实验结果即（1）TG-MS显示DMAc@ZIF-8具有高的热稳定性（~300 °C）；（2）多孔载体过渡层中渗入的ZIF-8增强了膜层与无机载体间的结合力，提升了ZIF-8膜的机械强度；（3）分离膜长达6个月的稳定性，均证实了半干态工艺制备的DMAc@ZIF-8分子筛膜具有优异的耐久性，为其在实际工业中的应用提供了坚实的保障。

图2. （a）ZIF-8粉体的丙烯/丙烷理想吸附选择性。（b）常规合成的ZIF-8和（c）DMAc@ZIF-8对于等摩尔丙烯/丙烷混合组分的动态分离性能。（d）DMAc@ZIF-8上吸附和扩散协同分离丙烯/丙烷的示意图。

采用半干态合成工艺在未经任何修饰的商业化板式陶瓷载体上成功制备得到膜面积为126 cm2的 ZIF-8分子筛膜，并通过串联方式实现了ZIF-8膜的组件化装填（组件有效膜面积大于300 cm2）。ZIF-8膜组件与单个ZIF-8膜的丙烯/丙烷分离选择性均超过35且差异较小，证实半干态合成工艺具有优异的ZIF-8膜规模化制备潜力。

图3.（a）商业化板式陶瓷载体的实物照片。（b）串联组成的ZIF-8膜组件。（c）板式载体支撑的ZIF-8膜与集成的ZIF-8膜组件的丙烯/丙烷分离性能。

综上所述，该工作提出了一种简单高效的半干态合成工艺，实现了ZIF-8分子筛膜超快速、可控规模化合成与组件化装填。该工艺制备的ZIF-8膜表现出高温、高压下优异的丙烯/丙烷分离性能，同时可实现对于实际工业气体的长时间高效分离。该工作为进一步推动ZIF-8膜在实际工业分离中的应用奠定了基础。