近日，我所無(wú)機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員、班宇杰副研究員團(tuán)隊(duì)在金屬-有機(jī)骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）膜分離研究中取得新進(jìn)展，利用原位界面組裝策略，構(gòu)筑了表觀厚度為零、高度取向的膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)MOF膜，實(shí)現(xiàn)H2/CO2高效分離。
ZIF-L各向異相傳質(zhì)速率理論模擬、膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)ZIF-L膜構(gòu)筑理念與分離結(jié)果
金屬-有機(jī)骨架膜在低能耗化工分離領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。發(fā)展金屬-有機(jī)骨架膜的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如，降低膜層厚度以極大減小傳質(zhì)阻力；調(diào)控膜的孔道取向以優(yōu)化分子選擇性傳輸；強(qiáng)化晶界結(jié)構(gòu)以最大程度減少缺陷流等。
本工作中，該研究團(tuán)隊(duì)利用原位界面組裝策略制備了ZIF-L膜，通過(guò)調(diào)變配體濃度，可將膜層完全限制在載體孔隙內(nèi)，形成高度取向的膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)（MIS），膜表觀厚度為零。ZIF-L膜的氣體測(cè)試結(jié)果顯示，其H2/CO2分離因子超過(guò)200，H2滲透率達(dá)4000GPU以上，性能位于工業(yè)應(yīng)用目標(biāo)區(qū)域。MIS-ZIF-L膜還展現(xiàn)出良好的機(jī)械穩(wěn)定性，以硅橡膠墊反復(fù)刮擦膜表面，不會(huì)造成其選擇性下降。該工作為MOF膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要方向。
此外，該研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)李微雪團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)理論計(jì)算證實(shí)了膜材料各向異性傳質(zhì)速率，為本項(xiàng)研究的開展提供重要的前期指導(dǎo)。
相關(guān)工作以題為“ZIF-L Membrane with a Membrane-interlocked-support Composite Architecture for H2/CO2 Separation”發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。該工作的第一作者是我所504組2016級(jí)博士研究生楊昆。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金、中科院青促會(huì)等項(xiàng)目的支持。（文/圖 班宇杰、楊昆）
