我室金属有机骨架分离膜研究取得突破

 

    近日,我室杨维慎研究员领导的无机膜与催化新材料研究组(504组)在金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)分离膜的研究工作中取得突破,最新成果作为后封面文章发表在《德国应用化学》上(DOI: 10.1002/anie.201104383),这是对具有实际应用价值的MOFs分离膜的首次报道。
    近年来,MOFs材料因其在吸附、分离、催化等领域的巨大潜在应用价值而成为世界各国研究者普遍关注的焦点。国际上,利用MOFs材料构建分子筛分膜(根据分子的大小不同,优先透过小分子),并用于气体分子的尺寸选择性分离的相关研究在近期取得了显著进展。然而,由于普遍存在的MOFs材料本身的骨架柔性,使得MOFs分子筛膜并不能有效地截留较其孔道直径稍大的分子,限制了其在气体膜分离领域的应用。在本次报道中,该研究小组的科研人员正面地利用了MOFs材料(ZIF-8)的骨架柔性,实验观测和理论模拟到异丁醇分子在ZIF-8纳米粒子上吸附过程中的“gate-opening”效应。基于该效应和ZIF材料的表面超疏水性,制备出可以优先透过醇类大分子而阻止尺寸更小的水分子的高性能ZIF-8纳米复合膜。该膜可高效地从低浓度发酵液中富集异丁醇(第二代生物燃料),分离系数为34.9 - 40.1,透量为6.4 - 8.6 kgh-1m-2,超出了文献报道的丁醇富集膜的性能上限。能耗分析表明,该ZIF-8复合膜的渗透汽化分离能耗仅为精馏能耗的一半,展现出良好的工业应用前景。
    上述研究成果有望显著推动膜分离技术在生物燃料生产中的应用,并对MOFs分离膜在大分子选择性分离和液体分离领域的相关研究起到重要的借鉴作用。

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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