作者:韩扬眉 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/11/24 9:33:34
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高效捕集二氧化碳多孔材料膜首次实现超薄大面积制备

 

高效实现二氧化碳的分离与捕集,对于减缓工业生产中温室气体的排放意义重大。近日,天津大学教授王志团队、迈克尔·盖佛教授团队与天津工业大学教授仲崇立团队合作,首次成功构筑了金属诱导有序微孔聚合物(MMPs),用于二氧化碳和氮气的高效分离。同时实现了多孔材料膜的超薄、大面积制备,有助于推动气体膜分离技术在烟道气CO2捕集领域的大规模应用。相关成果于近日发表在《自然—材料》上。

烟道气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质,其主要成分为氮气、二氧化碳和硫化物等。因可从烟道气中高效分离CO2,超薄多孔材料膜可谓是当前气体分离材料领域的研究热点之一。

目前,广受欢迎的多孔膜材料是金属有机骨架化合物材料(MOFs),但其在潮湿的条件下结构不够稳定,且在制备分离过滤膜的过程中,“MOFs”材料因缺乏与薄膜之间的化学桥接作用,会使得实际的过滤薄膜存在如裂纹及不均匀等缺陷,从而影响实际使用性能。

“现有的多孔材料膜制备方法难以实现超薄、大面积制备”,论文通讯作者之一王志告诉《中国科学报》记者。

研究人员利用富含氨基的聚合物、含羧基和氯原子的有机小分子配体和金属离子合成了一系列界面相容性良好的金属诱导微孔聚合物,并利用这类聚合物通过界面层诱导作用实现了多孔材料膜的超薄大面积制备。

“金属诱导微孔聚合物有着纳米圆柱体形貌、单元框架结构和晶粒尺寸可控,以及在不同晶粒之间具有良好界面相互作用力等特点。”王志说。与传统多孔材料及其制备方法相比,该研究制备的多孔材料及多孔材料膜制备环境温和、制备方法简单,易于推广。

据了解,通过该方法制备的多孔材料膜具备超薄、面积大、无缺陷等优势,具有一定的耐压能力和优异的CO2/N2渗透选择性能,这一性能可以很好地满足国际公认的CO2捕集目标,有望应用于烟道气CO2捕集领域。

德州农工大学的B. Freeman教授在同期杂志上发表评论,认为该工作得到的膜具有优异的CO2/N2分离性能和水稳定性,这一工作为气体分离技术开辟了一个全新领域。

王志表示,要在工业和产业中得到大规模应用,还需要进一步提高超薄多孔材料膜的耐压性能、筛选出价格较低的小分子配体,降低多孔材料膜的成本,以及研究超薄多孔材料膜的耐杂质性能,提高其实用性。

论文DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-018-0221-3

 
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