我所构筑具有膜-载体互锁型复合微结构的高效MOF分离膜

  近日,我所无机膜与催化新材料研究组(504组)杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队在金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)膜分离研究中取得新进展,利用原位界面组装策略,构筑了表观厚度为零、高度取向的膜-载体互锁型复合微结构MOF膜,实现H2/CO2高效分离。

  金属-有机骨架膜在低能耗化工分离领域具有广阔应用前景。发展金属-有机骨架膜的关键挑战是膜的微结构设计,例如,降低膜层厚度以极大减小传质阻力;调控膜的孔道取向以优化分子选择性传输;强化晶界结构以最大程度减少缺陷流等。

  本工作中,该研究团队利用原位界面组装策略制备了ZIF-L膜,通过调变配体浓度,可将膜层完全限制在载体孔隙内,形成高度取向的膜-载体互锁型复合微结构(MIS),膜表观厚度为零。ZIF-L膜的气体测试结果显示,其H2/CO2分离因子超过200,H2渗透率达4000GPU以上,性能位于工业应用目标区域。MIS-ZIF-L膜还展现出良好的机械稳定性,以硅橡胶垫反复刮擦膜表面,不会造成其选择性下降。该工作为MOF膜的微结构设计提供了重要方向。

  此外,该研究团队与中国科学技术大学李微雪团队合作,通过理论计算证实了膜材料各向异性传质速率,为本项研究的开展提供重要的前期指导。

  相关工作以题为“ZIF-L Membrane with a Membrane-interlocked-support Composite Architecture for H2/CO2 Separation”发表在《科学通报》(Science Bulletin)上。该工作的第一作者是我所504组2016级博士研究生杨昆。该工作得到国家自然科学基金、中科院洁净能源创新研究院合作基金、中科院青促会等项目的支持。(文/图 班宇杰、杨昆)

  文章链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.05.006

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