作者:仲崇立等 来源:《自然—材料》 发布时间:2023/5/11 23:03:22
选择字号:
天津工业大学创制出自支撑玻璃泡沫膜

 

2023年5月11日,天津工业大学仲崇立/乔志华教授团队与天津大学、剑桥大学等合作在Nature Materials期刊上发表最新研究,题为“ZIF-62 glass foam self-supported membranes to address CH4/N2 separations”。该工作提出了“聚合物热分解辅助的MOF熔融”策略,制备出厚度在200到330 µm的自支撑MOF玻璃泡沫膜,实现CH4/N2的高效分离。

天津工业大学材料学院博士生杨紫博、穆罕默德六世大学Belmabkhout教授和剑桥大学McHugh博士为论文共同第一作者,乔志华研究员(天津工业大学)、M. D. Guiver教授(天津大学)和仲崇立教授(天津工业大学)为共同通讯作者。

CH4/N2是一种看似简单但物化性质极其接近的难分离体系,其为石化行业最重要,也是最耗能的分离过程之一,目前主要采用低温精馏技术。膜分离作为新型高效节能分离技术,有望在该方面发挥重要作用。金属—有机骨架(MOF)材料作为一类新型纳米多孔材料,具有优异的孔道结构和化学特性,在膜分离领域具有广阔的应用前景,而自支撑膜可以排除支撑体对提升膜性能的限制,有望同时获得超高通量和高选择性。

自支撑晶态MOF膜难以制备,而MOF玻璃虽具有良好的机械性能,但其膜材料孔道不发达,气体通量较低,限制了其工业应用。本工作创制出一类被称为“玻璃泡沫”的新型膜材料,其兼具玻璃和泡沫的优点,在具有发达孔道的同时,保留了材料的超微孔特性。因此,可实现在保持高分离选择性的同时,获得超高的气体通量,并兼具良好的机械性能,从而具有广阔的工业应用前景。

研究团队提出了“聚合物热分解辅助的MOF熔融”策略,制备出厚度在200到330 µm的自支撑MOF玻璃泡沫膜。通过调控聚合物的分子量等参数,使聚合物分解先于ZIF-62熔融发生,随后聚合物热分解产生的气体分子脱附,产生大量的泡沫结构,最终形成孔道结构发达且富含金属空位的自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜(图1)。由于金属空位对CH4具有优先吸附作用,CH4优先透过,并在保持高CH4/N2选择性的同时,CH4通量较现有膜材料提高了约两个数量级(图2,通量:30,000~50,000 GPU;选择性:4~6),工业应用前景十分广阔。

图1:自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜形成过程示意图

图2:自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜高倍透射电镜图及CH4/N2分离性能对比图

该工作受到国家重点研发项目(2021YFB3802200)和国家自然科学基金重点、专项、面上项目(22038010, 22141001,21875161和22122810)的资助。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41563-023-01545-w

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
数百个包含种族歧视的植物名称将被改变 平均每棵树干中都有超过1万亿个微生物
野外回归的墨脱百合在原生地首次开花 科学家创有机小分子催化新纪录
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文