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            大化所開(kāi)發(fā)新型有機(jī)框架材料

            來(lái)源:中國(guó)合成樹(shù)脂網(wǎng) 2022-03-17 13:37:09

            3月14日,從中國(guó)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(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型有機(jī)框架(MOFs)材料,實(shí)現(xiàn)了氫氣和二氧化碳的高精度分離。

            面對(duì)能源緊缺和溫室效應(yīng)等嚴(yán)峻問(wèn)題,尤其在我國(guó)“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(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便的原位生長(zhǎng)結(jié)合限域界面聚合制備的新策略,提出了軟—固態(tài)型無(wú)缺陷金屬—有機(jī)框架(MOFs)復(fù)合分離膜新概念,實(shí)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(yuǎn)超迄今為止報(bào)道過(guò)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(kāi)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(jià)柔性多孔有機(jī)載體上,生長(zhǎng)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(guò)充分暴露Zn?(Bim)?晶粒層間的二維直通分子篩孔道,以實(shí)現(xiàn)氣體傳質(zhì)。

            隨后,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(shí)保障Zn?(Bim)?層間直通孔道全開(kāi)放。

            上述無(wú)缺陷分離膜在氣體分離應(yīng)用中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。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(bào)道的其他MOFs基分離膜提升了一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

            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(jià)易得、制備策略簡(jiǎn)便易放大等多重優(yōu)勢(shì),為創(chuàng)制具有工業(yè)應(yīng)用前景的MOFs基膜開(kāi)辟了一條全新道路。彭媛表示,該團(tuán)隊(duì)將憑借模塊化功能設(shè)計(jì)策略,進(jìn)一步定制特異性分離膜用于指定分離體系的精準(zhǔn)識(shí)別、分離與純化。


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