一种简单膜利用原油自身的沉积物，在室温下分离较轻组分；模拟显示，与蒸馏联用时能耗可降低近三分之一。

炼油厂将原油加热至350°C（662°F）以上，以分离出用于交通燃料以及塑料、包装、纺织品和其他消费品原料的混合物。这种已沿用百年的工艺称为蒸馏：先将石油汽化，再冷却蒸气以回收不同馏分。全球原油蒸馏每年消耗约1100太瓦时能源，大致相当于130座吉瓦级核电站全年连续运行的发电量。

一个国际研究团队展示了一种简单、廉价的膜，可在不加热的情况下于室温下承担部分分离过程。原油流经该膜时，油中的组分形成狭窄通道，使膜能够区分较轻和较重的分子。

该研究发表于《自然》，由韩国科学技术院（KAIST）的Dong-Yeun Koh教授与佐治亚理工学院的Ryan Lively教授团队合作领导。

工艺模拟显示，在常规蒸馏前用该膜对原油进行预处理，可降低能耗31.6%、二氧化碳排放37.6%、冷却水用量20.7%和运营成本36%。此类节省的影响可能超出炼油厂范围：炼油成本会影响燃料和许多日常产品的价格。全球石化市场竞争带来的成本压力上升，也加剧了对更高效分离技术的需求。

油沉积形成分离通道

制造用于分子级精确分离的膜一直具有挑战性。传统设计需要超薄表面涂层，这会提高成本，并带来规模化缺陷风险。研究团队改为让原油通过裸露的多孔聚丙烯腈（PAN）膜；PAN是一种廉价、化学稳定的聚合物，广泛用于工业膜。

Koh表示：“这项研究揭示了一条新的科学原理：膜与复杂混合物相互作用，并自发形成自身的分离通道。使用HD Hyundai Oilbank提供的真实原油，使我们能够在与工业运行相关的条件下验证该技术。”

当原油通过PAN膜时，重质烃选择性沉积在孔壁上。这些沉积物逐渐收窄孔口，形成小于2纳米的分离通道。包括石脑油、汽油和煤油在内的较轻馏分快速通过，而较重组分被截留。这种被称为膜污染（membrane fouling）的沉积，通常是性能下降的原因，在此却成为实现选择性分离的机制。

裸PAN膜实现的原油渗透率约为此前报道的最先进原油膜的23倍。该膜还连续28天保持稳定性能。

炼油厂改造可降低排放

该技术可作为模块化过滤单元嵌入现有炼油厂，减少大规模设备更换需求，并降低采用难度。Lively表示：“原油分离膜系统面临的关键挑战之一是膜单元生产率低。具有出人意料的分离机制的PAN膜大幅提高了膜单元的生产率，已达到工业界应认真考虑采用该技术的程度。”

蒸馏仍是炼油行业最大的能源消耗和温室气体排放来源之一。若在韩国炼油和石化行业全面采用，该膜技术每年可减少约1000万吨温室气体排放，相当于约400万辆内燃机汽车的排放量。

该研究共同第一作者、KAIST的Jihoon Choi博士和Hyeokjun Seo博士表示：“我们的目标是精确控制这种自发孔收缩现象，并将其发展为适用于整个炼油过程的膜平台。我们还希望将该技术扩展到塑料回收、生物燃料纯化以及其他支持碳中和的可持续化学过程。”

对于废塑料，一项拟议应用是纯化热解油，即通过加热分解塑料获得的油。其他可能用途包括回收电池制造中使用的溶剂，以及药物纯化。这些仍属于该膜平台的潜在应用。

该研究共同通讯作者、KAIST的Jae W. Lee教授表示：“通过推进大面积膜模块化和长期运行可靠性，我们希望扩大膜基工艺在炼油和石化行业中的采用范围。”

参考文献：Jihoon Choi, Hyeokjun Seo, Minyong Lee, Woong-Chul Shin, Jaemin Choi, Keonwoo Choi, Min-Jun Jang, Sung Gap Im, Jae W. Lee, Ryan P. Lively and Dong-Yeun Koh, “Crude oil fractionation by means of mesoporous polyacrylonitrile membranes,” Nature, 24 June 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10677-3.