中國石油集團經濟技術研究院發布的《2023年國內外油氣行業發展報告》顯示，去年中國煉油能力達到9.36×10⁸t/a，已穩居全球第一，但隨著新能源的發展和石油需求峰值的臨近，以生產成品油為主的傳統煉油加工路線不再適應現代市場需求。當前我國石油行業仍面臨著前所未有的雙重挑戰，即一方面煉油產能過剩而另一方面化工原料短缺。隨著經濟快速發展和人口穩步增長，化工原料在石油消費中的占比逐年提高，但我國關鍵化工原料如乙烯、對二甲苯等仍存在產能不足，大量依賴進口。為了有效應對這一現狀，煉化企業應積極開展傳統煉油向化工原料生產的轉型，實施輕烴分離，滿足下游產業的生產需求，使輕烴更高效地轉化為化工原料。

輕烴（表1）是生產燃料、塑料和高分子聚合物的重要化工原料，但從石油中獲得的輕烴通常包含其他雜質，因而必須進行分離純化。例如，甲烷是重要清潔能源，主要來源為天然氣，但是其中也含有較高濃度的乙烷等雜質；乙烯和丙烯主要通過石腦油或乙烷和丙烷的高溫蒸汽裂解獲得，但該過程無法實現完全反應，產物中不可避免地會殘留乙烷和丙烷雜質。輕烴的分離可分為烷烴/烯烴的分離、烯烴/炔烴的分離、不同碳數的烷烴分離、正異構烷烴的分離。通過石腦油和低碳烷烴蒸汽裂解得到的低碳烯烴不可避免地包含烷烴和炔烴等雜質，而烷烴/烯烴和烯烴/炔烴的分離可有效提高低碳烯烴的純度。不同碳數的烷烴分離可以實現產出符合不同等級和質量要求的燃料產品，如汽油、柴油等；相同碳數的正異構烷烴分離能得到用作異構化反應和蒸汽裂解制乙烯的正構烷烴，和用作催化重整反應及高辛烷值汽油調和組分的非正構烷烴。

分子篩效應（molecular sieving effect）是一種物理分離方法，是利用材料的孔徑大小來實現不同輕烴分子的分離。具體來說，小于孔徑的輕烴分子能夠進入材料的孔道中，而大于孔徑的分子則被排除在外。這種分離機理是基于材料規則的孔道結構和均一的孔徑，利用分子尺寸差異來實現分離的。

分子篩效應是輕烴分離中最重要的機理，在分子篩和金屬有機框架材料（metal organic frameworks，MOFs）中表現得尤為明顯。AgA分子篩的孔徑為4.35Å（1Å=0.1nm)，介于乙烷的動力學直徑4.163Å和乙烯的動力學直徑4.443Å之間，因此可以利用AgA分子篩對乙烷和乙烯實現分離。由于Zn(dps)₂(SiF₆)的孔徑和乙炔的動力學尺寸相近，都為3.3Å，而乙烯的動力學尺寸為4.2Å，根據分子篩效應，該金屬有機框架材料能夠實現乙烯和乙炔的分離。Lin等進一步探究，制備了一種具有一維孔道的金屬有機框架材料Ca(C₄O₄)(H₂O)，其孔道橫截面積為14.4Ų，大于乙烯的最小橫截面積13.7Ų，小于乙烷的最小橫截面積15.5Ų，因此乙烯可以通過孔道而乙烷被阻擋。

分子篩效應啟發研究人員在設計新型分離材料時，將分離對象的尺寸差異作為首要考察因素，分析目標分子的尺寸和形狀特性，以此為基礎來精確調控材料的孔徑大小和孔道結構。這樣的設計策略使得材料能夠更高效地分離輕烴，提高分離選擇性。因此分子篩效應不僅為分離技術提供了理論基礎，也為新型分離材料的開發指明了方向。

動力學效應（kinetic effect）是一種重要的分離機理，與分子的吸附作用和孔道之間的相互作用力有關，吸附性、作用力強的輕烴優先通過。動力學效應分為動力學吸附作用、空間位阻作用和擴散作用。動力學吸附作用是基于不同分子與孔道表面之間范德華力、靜電引力或氫鍵等相互作用的差異實現輕烴分離。在CMS-IMP12分離正庚烷和異庚烷的過程中，烷烴中的C—H鍵與碳分子篩（carbon molecular sieve，CMS）中的π鍵之間的相互作用起到至關重要的影響。由于異庚烷中存在更多支鏈，導致其CH/π作用力更顯著，因此CMS-IMP12對異庚烷的吸附性更強。

空間位阻作用是利用材料中某些原子或基團的空間位置或結構對吸附產生阻礙效應。Wu等采用巨正則蒙特卡羅（GCMC）方法模擬和研究了UiO-66及其變體[UiO-66-NO₂、UiO-66-NH₂、UiO-66-Br和UiO-66-(CH₃)₂]對C_1~4烷烴/烯烴吸附分離的影響。研究發現，與UiO-66相比，UiO-66-(CH₃)₂更適合分離二元混合物。這是由于UiO-66-(CH₃)₂中兩個官能團的尺寸較大，導致空間位阻作用強，因此具有良好的選擇性。為了提高輕烴分離的選擇性，可以考慮增強分子與分離材料之間的相互作用力，或引入官能團來增強空間位阻作用。

擴散作用是膜分離的重要機理，主要體現在輕烴分子從高濃度區域向低濃度區域的傳遞過程，這一過程基于膜兩側的濃度梯度，擴散速率也與膜材料的自身性質有關。Sridhar等分別采用由聚苯醚（PPO）、聚砜（PSF）、醋酸纖維素（CA）和乙基纖維素（EC）制成的聚合物膜分離丙烷/丙烯。結果表明，PPO膜對丙烷的滲透系數為2.1，對丙烯的滲透系數為9，分離因子為4.25；PSF膜對丙烷的滲透系數最高達到17.8，對丙烯的滲透系數為25，分離因子為1.4；CA膜對丙烷的滲透系數為5.8，對丙烯的滲透系數為15.2，分離因子為2.6；EC膜對丙烯的滲透系數最高達到52，對丙烷的滲透系數為16，分離因子為3.25。因此可見，由于不同的膜材料的孔徑大小和與輕烴的相互作用力的差異，導致它們在丙烷和丙烯的分離效果上存在差異。

2.1.1  分子篩

分子篩是一種具有有序晶體結構、均勻孔道和高比表面積的吸附劑，可以允許尺寸小于或等于孔徑的分子進入，而大于孔徑的分子則被阻擋在外，從而達到篩分的目的。分子篩的骨架結構主要由硅氧和鋁氧四面體組成，以共享的氧原子連接在一起，形成一種三維網狀結構。通過調整分子篩的硅鋁比可以得到不同類型的分子篩，如A型分子篩、MFI型分子篩等。分子篩具有高吸附能力、強選擇性和優異耐高溫特性，已成為工業氣體分離的優良吸附劑。

20世紀80年代，Schoellner等首次報道了利用改性4A分子篩從混合氣（23%甲烷、22%乙烷、42%乙烯和12%丙烯）中分離乙烯、丙烯。在323K和常壓下，乙烯和丙烯的穿透時間為15min和33min，甲烷和乙烷在3min前穿透。由于烷烴和烯烴都具有一定的極化率，普通分子篩的分離效果一般，因此需要通過引入金屬離子，利用π絡合對烯烴進行選擇性吸附，提高對烷烴/烯烴的分離能力。Aguado等用銀離子交換的A型分子篩（AgA）來分離乙烷/乙烯，并與銀離子交換的沸石（AgX）進行了比較。實驗表明，在303K、1×10⁵Pa下，AgX對乙烯的吸附量為2.4mmol/g，對乙烷的吸附量為1.4mmol/g；AgA對乙烯的吸附量為2.3mmol/g，對乙烷不吸附，說明銀離子交換的A型分子篩對乙烷/乙烯的分離效果更好。這是由于AgA的孔徑為4.35Å，介于乙烷的動力學直徑4.163Å和乙烯的動力學直徑4.443Å之間，因此可以吸附乙烯而排斥烷烴，達到分離的效果。由于丙烷和丙烯的極化率非常接近，丙烷/丙烯的分離難度比乙烷/乙烯更大。Divekar等用重量微天平測量了丙烷和丙烯在13X分子篩和制備的Na-ETS-10上的吸附平衡等溫線。在298K、1×10⁵Pa下，13X分子篩和Na-ETS-10對丙烯的吸附量分別為3.1mmol/g和1.75mmol/g，對丙烷/丙烯的選擇性分別為22和7.4。由此可見，AgA分子篩適用于乙烷/乙烯的分離，而13X分子篩和Na-ETS-10分子篩更適合丙烷/丙烯的分離。

2.1.2  碳分子篩

Liu等用凝膠型強酸陽離子交換樹脂合成碳分子篩，研究了炭化溫度550~1000℃對丙烯/丙烷分離的影響。隨著炭化溫度升高，丙烷/丙烯吸附曲線先遠離再靠近，850℃時相距最遠，說明850℃是最佳炭化溫度。使用該碳分子篩進行填充床吸附實驗，得到丙烷/丙烯的分離因子高達27。碳分子篩的分離機理主要是孔徑篩分，小于孔徑的分子可以進入，而大于孔徑的分子被阻擋在外。Liang等合成了炭化聚多巴胺和瀝青基活性炭復合碳材料（CPDA@A-ACs），發現其對乙烷的吸附優于乙烯。在25℃和100kPa條件下，乙烯吸附量為6.25mmol/g，乙烷吸附量高達7.12mmol/g。這是由于該碳分子篩對乙烷的吸附等溫熱高于對乙烯的吸附等溫熱，因此優先吸附乙烷。由此可見，碳分子篩對分子的吸附能力不僅受到孔徑大小的影響，熱力學效應也是決定吸附性能的關鍵因素。

為了提高烷烴/烯烴的吸附選擇性，可以向碳分子篩的骨架或表面引入金屬陽離子，通過金屬陽離子與烯烴之間形成的π絡合作用，進一步增強對烯烴的吸附能力。Gao等將CuCl₂負載到碳分子篩上進行改性。在303K和100kPa條件下，銅負載量為8mmol/g的碳分子篩對乙烯的吸附量為2.57mmol/g，對乙烷/乙烯的吸附選擇性為70，與不負載銅的碳分子篩相比，選擇性提升了3832%。杜勝君進一步探究了Na⁺、K⁺和Rb⁺三種金屬陽離子對碳分子篩的分離效果。結果表明，改性前和改性后的碳分子篩對丙烷與丙烯的吸附量比值比5A分子篩和ZSM-5分子篩高出78%，這表明碳分子篩比傳統分子篩更適合分離烷烴和烯烴。盡管碳分子篩能夠分離的范圍更廣，但單一的孔結構和配位方式限制了孔徑調節和功能化發展。目前只能通過控制炭化條件和取代金屬陽離子的方法對碳分子篩進行改性，這在一定程度上限制了其分離性能的提升。因此如何更有效提高分離性能，成為未來碳分子篩研究的重要方向。

2.1.3  金屬有機框架材料

2.1.4  碳分子篩膜

2.1.5  混合基質膜

混合基質膜是以高分子聚合物相為主體，無機材料為分散相的復合膜材料。其結合了無機材料高分離性和高分子聚合物經濟性與易加工性的優勢，提高了單一膜材料的性能。混合基質膜的分離核心是填料，填料一般以高分離性的金屬有機框架材料為主，不同的填料對膜材料的滲透性和選擇性的影響效果也不同。徐笑峰等以ZIF-8為填料制備了混合基質碳膜，考察了ZIF-8摻雜量和炭化溫度對丙烷/丙烯分離效果的影響。結果表明，在ZIF-8摻雜量為1%和炭化溫度為550℃的條件下，摻雜的混合基質碳膜對丙烯滲透率為174Barrer，丙烷/丙烯分離選擇性為14.4，而未摻雜的純碳膜選擇性僅為5.1。Liu等以Zr-fum-fcu-MOF作為填料制備6FDA-DAM混合基質膜，并進行了丙烷/丙烯分離實驗。研究表明，當在聚合物膜中添加29.4%（體積分數）的Zr-fum-fcu-MOF時，丙烯的滲透速率為19Barrer，丙烷/丙烯的選擇性約為34，與純聚合物膜相比，丙烯的滲透率和丙烷/丙烯的選擇性分別提高了7.6%和73.1%。可見無機材料的引入能夠提高聚合物膜的分離效果。

金屬離子改性或基團修飾后的分子篩可用于烷烴/烯烴的分離，但選擇性相比于其他材料較低。碳分子篩膜和碳分子篩的孔結構相似，以無序堆積的六邊形碳為主。調控材料的孔徑大小可以通過控制熱解條件來實現，如炭化溫度、時間、氣氛和升溫速率等。這兩種材料的主要區別在于材料的形態，碳分子篩膜由于薄膜形態，其對小分子烯烴的滲透性較強，因此對烷烴/烯烴的選擇性更強。而通過金屬離子改性以后的碳分子篩，由于金屬離子與烯烴之間形成的π絡合作用，對烷烴/烯烴的選擇性比普通碳分子篩更強。金屬有機框架材料的分離一方面依靠孔徑篩分，另一方面源于金屬離子與π電子云相互作用，其對烷烴/烯烴的選擇性有高有低，主要與金屬有機框架材料的選擇有關，其分離效果與未改性的碳分子篩和碳分子篩膜相似，但明顯低于改性后的碳分子篩。混合基質膜對烷烴/烯烴的分離效果也不如改性后的碳分子篩，但其具有無機材料和高分子聚合物的共同優勢，可以通過在聚合物中摻入金屬有機框架材料來提高膜的選擇性。

2011年，Xiang等開發了首個用于乙烯/乙炔分離的金屬有機框架材料（M'MOF），通過手性二胺(R,R)-1,2-環己二胺向M'MOF中引入手性孔，并通過摻入不同的雙羧酸鹽來調節手性孔的大小。室溫下，該材料對乙烯/乙炔的分離選擇性達到5.23。金屬有機框架材料的分離性能不僅僅取決于孔徑大小，引入金屬位點也能進一步提升材料的分離選擇性。Wang等將金屬有機框架材料NCU-100中的Zn²⁺金屬位點替換為Cu²⁺金屬位點，觀察到NCU-100中存在兩種尺寸的空腔（3.6Å×4.3Å×4.2Å和4.7Å×4.5Å×4.2Å），與Zn²⁺取代的UTSA-300（3.5Å×3.9Å×4.1Å和4.3Å×4.3Å×4.1Å）相比，Cu²⁺取代的NCU-100與乙炔（3.3Å×3.3Å×5.7Å）更匹配。在298K、1kPa下，NCU-100的乙炔吸附量比UTSA-300提升了17.25倍，乙烯/乙炔混合氣穿過填充床，乙烯純度能超過99.99%。然而，目前報道的大多數MOFs都存在大吸附容量和高選擇性的不能兼得的問題。JCM-1中吡唑酸鹽作為金屬結合基能夠形成強的金屬配體鍵，增強乙炔的吸附能力，但對乙炔/乙烯的選擇性僅為3.1。這種對乙炔的強吸附能力來源于乙炔與孔表面的咪唑官能團相互作用，而選擇性不高的原因是JCM-1具有大納米孔徑。迄今為止，只有少數MOFs在丙炔/丙烯的分離中表現出出色的分離性能。Li等制備了首個用于丙烯/丙炔分離的柔性金屬有機框架材料ELM-12。該材料具有兩種空腔，一種呈啞鈴形，尺寸為6.1Å×4.3Å×4.3Å，另一種呈橢圓形，尺寸為6.8Å×4.0Å×4.2Å。與丙烯相比，丙炔與這些空腔的尺寸和形狀匹配更合適，因此在10³Pa和298K時，ELM-12對于丙炔的吸附量（1.83mmol/g）明顯高于丙烯（0.67mmol/g）。

上述研究表明，金屬有機框架材料適用于烯烴/炔烴的分離。其孔結構可通過兩種方式進行調節：一是引入手性孔或金屬陽離子的方式進行微調，二是在表面引入官能團以實現材料的功能化。該材料在烷烴/烯烴和烯烴/炔烴分離方面表現出色，近年來受到大量的關注和研究，然而MOFs的合成大多停留在實驗室階段，大規模生產所需的苛刻條件和昂貴的有機溶劑的使用限制了其工業化應用。因此盡管它在輕烴分離上具有優勢，但合成成本高和合成規模小制約了其進一步的發展。

2.3.1  5A分子篩

2.3.2  聚合物膜

聚合物膜（polymer membrane）是一種有機膜，起源于20世紀60年代，由高分子聚合物材料制成。根據原料的不同，聚合物膜分為聚烯烴類、聚酰胺類、聚砜類、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等。由于其具有多樣的有機結構單元和極低的質量密度以及可調節的孔徑，因而常用于輕烴分離。2006年，ExxonMobil公司提出了使用膜從煉油廠尾氣中回收液化石油氣的概念。由于聚硅氧烷膜和聚丁二烯膜對丙烷和丁烷烴類具有高吸附性，但不通過甲烷和乙烷，因而適用于液化石油氣分離。Pinnau等在-20~35℃的溫度范圍內，測定了聚二甲基硅氧烷膜（PDMS）對單組分氣體的滲透率和二元正丁烷/甲烷的選擇性。進料溫度為35℃時，甲烷、乙烷和丙烷的氣體滲透率分別為1300Barrer、3900Barrer和7400Barrer。在25℃下，當正丁烷進料體積分數從1%增加到8%時，正丁烷/甲烷選擇性從10增加到12。Kim等用聚乙烯-烯丙基-二甲基硅烷膜（PVASMS）分離C_1~4正構烷烴，探究了熱處理溫度和時間對膜性能的影響。當熱處理溫度為120℃、熱處理時間為15min時，PVASMS膜對甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的滲透率分別為32.1Barrer、48.7Barrer、110.7Barrer、451.2Barrer，對甲烷/丁烷的選擇性為14.1。

5A分子篩由于孔徑范圍較廣，適用于C₄以上烷烴的分離，在工業上已被用于分離石腦油中的正構烷烴，而聚合物膜更適合分離C₄以下小分子的烷烴。這兩種材料結合起來，可以實現全碳數烷烴的分離。

2.4.1  分子篩

2.4.2  金屬有機框架材料

2.4.3  分子篩膜

分子篩膜（zeolite membrane）是由分子篩在載體表面交錯生長而形成，本質上屬于無機膜，具有和分子篩相似的特點，如孔道均一、吸附性高和穩定性好。到目前為止，MFI型分子篩膜，包括silicalite-1膜和ZSM-5膜，因其易于制備、孔徑適宜而被廣泛研究。silicalite-1膜是一種純二氧化硅基的無機膜，具有優異的熱穩定性和化學穩定性，但親水性差。相比之下，ZSM-5膜通過部分Si原子被Al原子取代，從而表現出良好的表面親水性。

不同制備方法得到的分子篩膜材料，其分離效果也各不相同。Zhang等采用多層MFI（ML-MFI）分子篩制備了不含任何有機結構導向劑的二維分子篩納米片。ML-MFI首先通過熔融復合剝離，然后使用H₂SO₄和H₂O₂的混合物進行去模板化，得到不含OSDA的MFI納米片。存在于多孔多苯并咪唑載體上的納米片對n-C₄H₁₀的滲透率為3.5×10^-7mol/(m²·s·Pa)，對n-C₄H₁₀/i-C₄H₁₀選擇性為5.4。Sun等采用新型微波加熱法在α-Al₂O₃管的內表面制備silicalite-1分子篩膜，并與常規加熱法制備的膜進行了比較。當溫度為333K時，其對n-C₄H₁₀滲透率為1.3×10^-7mol/(m²·s·Pa)，n-C₄H₁₀/i-C₄H₁₀的分離系數為45，比常規加熱法制備的silicalite-1膜具有更高的選擇性。李良清等利用兩次變溫熱浸漬法在大孔α-Al₂O₃多孔管狀載體外表面涂覆B-ZSM-5大小晶種，并通過二次生長法制備B-ZSM-5分子篩膜，同時利用氣體滲透測試裝置進行實驗。研究表明，在200℃、0.125MPa下，B-ZSM-5分子篩膜對n-C₄H₁₀和i-C₄H₁₀的氣體滲透率分別為5.98×10^-8mol/(m²·s·Pa)和5.71×10^-10mol/(m²·s·Pa)，n-C₄H₁₀/i-C₄H₁₀的分離系數達104.73。由此可見，隨著制備方法的不斷改進，分子篩膜對正異丁烷的分離效果也在逐步提升。

2.4.4  碳分子篩和碳分子篩膜

碳分子篩和碳分子篩膜用于C₄異構體的研究還處于起步階段，目前報道較少。Li等通過高溫炭化將金屬有機框架材料（CD-MOF-2）轉變為用于正異構烷烴分離的碳分子篩。在298K、1×10⁵Pa時，通入等摩爾的正丁烷-異丁烷混合氣，發現異丁烷可以直接穿過色譜柱而正丁烷在色譜柱中保留35min/g，表明該碳分子篩對正異丁烷具有篩分效果。Zhou等以P84聚合物膜為原料，在γ-Al₂O₃基體上熱解制備碳分子篩膜。通過調控熱解溫度，在600℃熱解溫度下，成功制備出無裂紋、具有6Å均勻微孔的碳分子篩膜。該材料對n-C₄H₁₀滲透率為384GPU[1GPU=10^-6cm³(STP)·cm^-2·s^-1·cmHg^-1]，n-C₄H₁₀/i-C₄H₁₀分離因子為74，是分離n-C₄H₁₀/i-C₄H₁₀性能最佳的膜之一。除了微孔和超微孔的組合之外，該膜的超薄厚度（0.59µm）也是高分離性能的原因。

目前，碳分子篩和碳分子篩膜更常用于烷烴/烯烴的分離，對C₄異構體分離的研究較少，而分子篩膜是最常用于C₄異構體分離的材料，包括ZSM-5沸石分子篩膜和silicalite-1膜。這是由于MFI分子篩膜由直通道（5.3μm×5.6μm）和鋸齒形通道（5.1μm×5.5μm）構成，剛好介于n-C₄H₁₀和i-C₄H₁₀的尺寸4.7μm和5.3μm之間，因此能引起強分子篩效應。

2.5.1  5A分子篩和ZSM-5分子篩

除了5A分子篩，ZSM-5分子篩也常用于輕烴分離。ZSM-5分子篩屬于MFI結構，具有三維交叉孔道結構和獨特的十元環孔道，其中c軸方向的橢圓形直孔道孔徑為0.54nm×0.56nm，a軸方向的圓形之字形孔道孔徑為0.51nm×0.55nm，因而具有良好的擇形吸附性能。田鵬等對ZSM-5分子篩吸附分離2-甲基戊烷和正己烷進行了研究，并將其分離效果與5A分子篩進行比較。結果表明，303K時，ZSM-5和5A分子篩對2-甲基戊烷吸附量分別為1.1mmol/g和0.04mmol/g，對正構烷烴的吸附量分別為1.34mmol/g和1.77mmol/g，說明ZSM-5分子篩比5A分子篩更適合吸附單甲基異構烷烴。基于此研究，江蕾等先用5A分子篩分離石腦油中正構烷烴，再用ZSM-5分子篩分離單甲基異構烷烴，最終得到的產品對烷烴的脫除率達到92.9%。

5A分子篩主要用于分離正構烷烴，而ZSM-5分子篩主要用于分離單甲基異構烷烴。在工業上，這兩種分子篩常被聯合使用，通過連續吸附分離過程，實現從石腦油中分離烷烴。盡管傳統分子篩具有性質穩定、循環再生能力強、分離純度高、經濟性好的優點，但在烷烴/烯烴分離方面的研究較少，這仍是一個值得繼續探索的領域。

2.5.2  分子篩膜

2.5.3  碳分子篩膜

碳分子篩膜不僅用于烷烴/烯烴的分離，也用于二甲苯異構體的分離。Koh等制備了一種反滲透碳分子篩膜。其對單組分PX的滲透通量是OX的25倍。在室溫進料、壓力為5~12MPa、進料為PX∶OX=1∶1的條件下，該材料對PX的滲透率超過81%，PX的滲透通量超過1.0×10^-3mol/(m²·s)，且分離因子大于4。Jang等制備出厚度僅1.8μm的超薄碳分子篩中空纖維復合膜。當壓力為7~11MPa時，二甲苯異構體的選擇性可達39.88，PX通量為0.032mol/(m²·s)，膜通量比其他碳分子篩膜高出10倍，比沸石分子篩高出100~1000倍。

相比于分子篩膜，碳分子篩膜展現出更多的優勢。在分離效率上，碳分子篩的孔道是狹縫形狀，這不僅賦予了其高選擇性，而且提高了滲透率，使得通量能夠達到分子篩膜的10倍。在節能方面，碳分子篩的中空纖維膜對二甲苯異構體的分離不需要改變有機物的相態，從而可以減少分離過程中的能量損耗。

綜合來看，每種材料都有其獨特的優點和局限性。分子篩、碳分子篩和金屬有機框架材料通過吸附小分子、阻擋大分子實現輕烴分離，而膜材料則依賴于吸附和膜兩側的壓力差來驅動分離過程。分子篩雖然已實現工業化，穩定性好，但其吸附量較小，且孔徑難精準控制。碳分子篩選擇性高，但熱穩定性一般。金屬有機框架材料作為一種新興材料，具有高選擇性和可微調的孔徑，但制備成本較高，難以實現規模化。膜材料由于較薄，通常具有比相應的分子篩更高的選擇性，但普遍存在容易被污染的問題。

在實際應用中，選擇合適的材料需要綜合考慮分離目標、操作條件以及成本效益。對于高溫高壓環境的分離，分子篩和分子篩膜是理想選擇；對于高選擇性、中等溫度環境的分離，碳分子篩和碳分子篩膜更為合適；對于孔徑需求高的分離，金屬有機框架材料是較好的選擇；對于大規模、常溫環境的分離，聚合物膜具有成本優勢；而混合基質膜因其同時具有有機膜和無機膜的特點，在多種環境下的分離中展現出廣闊的應用前景。未來的研究方向應集中在提高材料的穩定性、降低制備成本以及優化膜結構，以滿足工業生產中對輕烴分離的多樣化需求。

當前我國煉油產能過剩問題突出，為了將輕烴高效轉化為下游化工原料，輕烴分離過程顯得尤為重要。根據市場需求，分離出的正構烷烴可用作異構化反應或作為蒸汽裂解原料制乙烯。同時，異構烷烴、環烷烴和芳烴因其較高的辛烷值，可以直接用作調和汽油或送至重整裝置進一步加工，生產高辛烷值的汽油組分。通過蒸汽裂解正構烷烴得到的低碳烯烴中，不可避免地會含有烷烴和炔烴等雜質，因此需要分離出其中的雜質，來有效提高烯烴的純度。

輕烴分離材料的分離機理包括分子篩效應、動力學效應、熱力學平衡效應和協同效應。分子篩和金屬有機框架材料的分離主要利用分子篩效應、動力學效應和熱力學平衡效應，而膜材料的分離主要依靠動力學效應中的擴散作用。當然在實際分離過程中，往往是多種機理共同作用，而非單一機理獨立工作。

不同輕烴分離所用的材料也不同。烷烴/烯烴的分離主要使用碳分子篩、金屬有機框架材料、碳分子篩膜和混合基質膜，其中改性后的碳分子篩分離效果明顯高于其他材料。烯烴和炔烴由于分子尺寸相近且都含有不飽和鍵，分離難度大，目前研究最多的材料是金屬有機框架材料。不同碳數的烷烴分離使用5A分子篩和聚合物膜，前者在工業上用于分離石腦油，后者適合分離C₄以下的小分子烷烴。正異構烷烴的分離分為C₄異構體的分離、石腦油中正構烷烴的分離和二甲苯異構體的分離。其中分子篩膜是最常用于C₄異構體分離的材料，5A分子篩和ZSM-5分子篩適用于分離石腦油中正構烷烴，分子篩膜和碳分子篩膜適用于分離二甲苯異構體。

目前關于輕烴分離的研究仍十分有限，基于以上總結，未來輕烴分離的研究方向可以考慮以下幾點。

（1）開發新型分子篩、金屬有機框架材料和膜材料，增大分離材料的滲透性和選擇性，使其更利于輕烴分離。

（2）目前碳分子篩、金屬有機框架材料和膜材料的應用還局限于實驗室階段，將小規模實驗室合成轉化為大規模工業化應用是未來輕烴分離材料的研究方向。亟待解決的問題包括碳分子篩的老化、金屬有機框架材料和膜材料的穩定性以及與現有工業流程的兼容性。

（3）由于輕烴分離需要更高的通量來減少處理給定進料量所需的膜面積，從而降低模塊和整體分離系統的成本，因此未來必須通過進一步優化MOFs聚合物配方來減少膜厚度，從而增加滲透通量。

（4）結合計算化學和分子模擬，深入理解輕烴分離機理，并利用這些工具指導新型分離材料的設計。