作者:卜叶 来源:中国科学报 发布时间:2022/1/20 14:05:48
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科学家“组装”出高效乙二醇脱水分离膜

 

乙二醇是一种重要的化工原料,工业制备的粗产品中往往含有大量水。近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员杨维慎、副研究员班宇杰团队制备出致密、稳定的异质晶格共生型金属-有机骨架(MOF)膜,实现多元醇与水的高效分离,获得聚合级乙二醇,与传统减压精馏相比节省约1/3的能耗,具有广阔的工业应用前景。相关研究发表在《德国应用化学》上,并被选为热点文章。

多孔膜分离一直被视为有潜力的分离技术,MOF膜的不断发展为高效分离带来新机遇。目前,MOF膜多用于温和环境下的气体分离。“液相分离要求膜高度致密且具备稳定的微结构,否则将难以实现精确的分子级别筛分。”杨维慎说。

研究中,团队选取两种不同晶格的MOF材料——MIL—53(Al)和amino—MIL—101(Cr),通过分步模块化学策略,首先在氧化铝陶瓷载体表面构筑MIL—53(Al)阵列基层,再通过二次溶液生长,使amino—MIL—101(Cr)纳米粒子嵌入MIL—53阵列间隙,成功“织”出致密、稳定的异质晶格共生型MOF膜。

高分辨扫描、透射电子显微技术与二维拓扑模拟发现,两种材料在特定化学环境下呈互补式生长,且两种晶格在微观世界里紧密连接。进一步的研究发现,异质晶格共生型MOF膜呈现优异的乙二醇脱水分离性能,连续运行675小时性能保持不变;可耐受反复的超声波冲击,10余次处理性能无衰减;可承受高压。“异质晶格共生这套‘组合拳’可以获得致密、稳定的膜结构,也让我们看到MOF膜在较为复杂、严苛分离环境下的应用前景和曙光”。杨维慎说。

经工业路线设计模拟,异质晶格共生型MOF膜渗透气化技术实现乙二醇脱水精制,其能耗与传统减压精馏技术相比,降低约1/3。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1002/anie.202114479

 

 
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