近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所無機(jī)膜與催化新材料研究組研究員楊維慎、副研究員班宇杰團(tuán)隊(duì)制備出致密、穩(wěn)定的異質(zhì)晶格共生型（hetero-lattice intergrown, HLI）金屬-有機(jī)骨架（metal-organic framework, MOF）膜，可實(shí)現(xiàn)多元醇與水高效分離，獲得聚合級乙二醇，與傳統(tǒng)減壓精餾相比可節(jié)省能耗約32%，具備工業(yè)應(yīng)用前景。
乙二醇等短鏈多元醇是重要的化工原料，工業(yè)上主要以水合環(huán)氧乙烷和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化路線制備得到，其粗產(chǎn)品中往往含有大量水。滲透氣化膜分離技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)乙二醇與水的高效分離，但要求膜具備高度致密和穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對嚴(yán)苛的液相分離環(huán)境。MOF膜的發(fā)展為高效化工分離帶來機(jī)遇，但目前多應(yīng)用于溫和場景下的氣體分離。
基于上述問題，研究團(tuán)隊(duì)選取兩種不同晶格的MOF材料——MIL-53（Al）和amino-MIL-101（Cr），通過分步模塊化學(xué)策略，成功構(gòu)建了致密、穩(wěn)定的HLI膜。團(tuán)隊(duì)首先在氧化鋁陶瓷載體表面構(gòu)筑棒狀MIL-53（Al）陣列基層，再通過二次溶液生長，使amino-MIL-101（Cr）納米粒子嵌入MIL-53陣列間隙；通過高分辨掃描、透射電子顯微技術(shù)與二維拓?fù)淠M發(fā)現(xiàn)，兩種材料在特定化學(xué)環(huán)境下的生長互補(bǔ)，以及異質(zhì)晶格間的緊密連接，是獲得致密、穩(wěn)定HLI結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
研究發(fā)現(xiàn)，HLI膜呈現(xiàn)優(yōu)異的乙二醇脫水分離性能，連續(xù)運(yùn)行675小時(shí)性能保持不變；可耐受反復(fù)的超聲波沖擊，10余次處理性能無衰減；可承受6bar的高壓氣體。經(jīng)過工業(yè)路線設(shè)計(jì)模擬，通過HLI膜滲透氣化技術(shù)進(jìn)行乙二醇脫水精制，其能耗與傳統(tǒng)減壓精餾技術(shù)相比，降低約32%。
相關(guān)工作以“Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為“Hot Paper”。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生王悅誠。以上工作獲得國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目的支持。
