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3月14日，從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所傳出消息，該所楊維慎研究員、彭媛副研究員團隊開發(fā)出一種新型有機框架(MOFs)材料，實現(xiàn)了氫氣和二氧化碳的高精度分離。
面對能源緊缺和溫室效應(yīng)等嚴(yán)峻問題，尤其在我國“雙碳”目標(biāo)下，發(fā)展低能耗、低碳排放量的膜分離技術(shù)，在氫氣制備與純化、二氧化碳捕獲等重要工業(yè)氣體分離等領(lǐng)域備受關(guān)注。
研究團隊通過設(shè)計一種簡便的原位生長結(jié)合限域界面聚合制備的新策略，提出了軟—固態(tài)型無缺陷金屬—有機框架(MOFs)復(fù)合分離膜新概念，實現(xiàn)了尺寸差異極小的氫氣和二氧化碳高精度分離。該新型MOFs材料性能遠超迄今為止報道過的所有MOFs基分離膜，為創(chuàng)制具有工業(yè)應(yīng)用前景的MOFs基膜開辟了一條全新道路。
新型MOFs膜是怎么制備的呢?彭媛介紹，他們首先在商業(yè)化廉價柔性多孔有機載體上，生長出微米尺寸、準(zhǔn)垂直態(tài)、離散型的層狀Zn?(Bim)?固體MOF晶粒，通過充分暴露Zn?(Bim)?晶粒層間的二維直通分子篩孔道，以實現(xiàn)氣體傳質(zhì)。
隨后，研究團隊通過限域界面聚合操作，構(gòu)建了軟性聚酰胺—固態(tài)Zn?(Bim)?相連的模塊化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該具有納米厚度和高度交聯(lián)的聚酰胺網(wǎng)絡(luò)，可緊密連接于相鄰Zn2(Bim)?晶粒側(cè)面，形成了晶間非選擇性缺陷全覆蓋同時保障Zn?(Bim)?層間直通孔道全開放。
上述無缺陷分離膜在氣體分離應(yīng)用中具有獨特優(yōu)勢。結(jié)果表明，準(zhǔn)垂直態(tài)Zn?(Bim)4晶粒層間二維直通孔道為氣體主要傳質(zhì)通道，從而獲得超高的氫氣和二氧化碳篩分精度，分離選擇性比已報道的其他MOFs基分離膜提升了一至兩個數(shù)量級。
該工作充分發(fā)揮了MOFs材料高分子篩分能力、聚合物極佳柔性、載體廉價易得、制備策略簡便易放大等多重優(yōu)勢，為創(chuàng)制具有工業(yè)應(yīng)用前景的MOFs基膜開辟了一條全新道路。彭媛表示，該團隊將憑借模塊化功能設(shè)計策略，進一步定制特異性分離膜用于指定分離體系的精準(zhǔn)識別、分離與純化。
