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    天津大學王志教授團隊及其合作者首次實現超薄多孔膜大面積制備
    2018-11-22  來源:天津大學

      二氧化碳的分離與捕集對于緩解生產過程中溫室氣體的排放具有重要意義。在碳捕集方面,在氣體分離中大放異彩的MOFs材料顯得不是很合適。其主要原因是大部分的碳分離捕集過程都會涉及到水份的影響,在潮濕的條件下MOFs材料的結構不是很穩定。并且在制備過濾膜的時候,MOFs材料一般會被涂覆到高分子薄膜上來形成“混合相”的薄膜。但是由于MOFs和薄膜之間沒有化學的橋接作用,因此實際的過濾薄膜會存在很多缺陷以及MOFs的團聚,從而造成過濾膜的性能損失。

      英國倫敦時間2018年11月19日下午,天津大學化工學院王志教授團隊及其合作者在《自然·材料》(Nature Materials)在線發表了題為“Metal-induced ordered microporous polymers for fabricating large-area gas separation membranes”的學術論文(DOI:10.1038/s41563-018-0221-3),本工作首次實現了超薄多孔膜的大面積制備。

      論文首次發現了可以通過金屬誘導的方法來合成有序微孔膜,用于高效的CO2/N2分離。在該論文中,作者以金屬離子(Cu2+, Zn2+),有機偶聯分子和短鏈的高分子聚合物作為結構單元,成功構筑了具有有序微孔結構的金屬誘導有序微孔聚合物(MMPs)。MMPs可以涂覆在商業的薄膜上,具有很好的機械穩定性。且由于CO2和其中的聚合物單元具有較好的親和性,因此能夠透過薄膜;而親和性較差的氮氣被阻擋,從而實現了氣體的分離。來自德州農工大學的Prof. Freeman在同期的雜志上發表評論,認為該項工作為氣體的分離技術開辟了一個全新的領域。

    圖1.短鏈的高分子通過金屬離子和有機連接劑相互連接構成了有序微孔聚合物

    圖2.通過聚合物導向及其金屬離子誘導的方法合成有序微孔聚合物

    圖3.MMPs的晶體結構及其形貌

    圖4.MMPs的孔徑分布,熱重曲線,干濕狀態下氣體的吸附容量

    圖5.構筑的分離膜的形貌及其分離性能

      王志教授團隊長期致力于CO2分離膜技術的研究。為突破CO2分離膜的性能瓶頸,從綜合調控膜結構、聯合多種選擇機制、構筑CO2高速傳遞通道以及構筑高效仿生結構等方面設計和制備高性能膜材料。成功開發了多種分離性能處于世界先進甚至領先水平的新型CO2分離膜材料,相關研究成果發表在《Nature Materials》、《Angewandte Chemie International Edition》、《Advanced Materials》、《AIChE Journal》、《Energy & Environmental Science》等高水平期刊上。在此基礎上,系統開發了膜材料、膜及膜組件的規模化制備技術。CO2分離膜相關研究得到了國家重點研發計劃、863計劃、973計劃、國家自然科學基金重點項目等項目的支持。

      論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41563-018-0221-3

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