天津大學(xué)姜忠義課題組:HOF混合基質(zhì)膜用于高效CO2分離

近日,期刊《納微快報(bào)》(Nano-Micro Letters, IF: 23.655)發(fā)表了題目為“Engineering HOF?-Based Mixed-Matrix Membranes for Efficient CO2Separation”的學(xué)術(shù)論文.該論文第一作者為天津大學(xué)博士生王雨寒,通訊作者為天津大學(xué)潘福生研究員、姜忠義教授.《Nano-Micro Letters》是上海交通大學(xué)主辦的英文學(xué)術(shù)期刊,主要報(bào)道納米/微米尺度相關(guān)的最新高水平研究成果.

圖1 HOF混合基質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和功能示意圖

隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn),膜法碳捕集技術(shù)開發(fā)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn).膜材料是高效膜分離的關(guān)鍵.近年來,氫鍵有機(jī)框架(Hydrogen-bonded organic framework,HOF)作為由有機(jī)或金屬-有機(jī)構(gòu)建單元通過分子間的氫鍵相互連接而形成的框架材料,已發(fā)展成為一類獨(dú)特的晶態(tài)多孔材料.HOF材料具有合成條件溫和、結(jié)晶度高、溶液可加工、易修復(fù)和再生等特點(diǎn),有望開發(fā)成為一種先進(jìn)的膜材料.

本研究將HOF作為填料與Pebax高分子混合制備新一代HOF混合基質(zhì)膜,用于高效CO2分離.HOF-21框架孔道通過氫鍵和配位鍵構(gòu)筑,孔徑為0.35 nm.基于胺調(diào)控框架組裝過程,開發(fā)HOF-21納米顆粒合成方法,改善填料-高分子的界面相容性.HOF-21具有豐富的化學(xué)功能位點(diǎn)和連續(xù)的氫鍵網(wǎng)絡(luò),起到促進(jìn)傳遞作用.所制備的HOF-21混合基質(zhì)膜表現(xiàn)出優(yōu)異的分離性能,膜滲透率高于750 Barrer,對(duì)CO2/CH4和CO2/N2的選擇性分別為～40和～60,超過了2008年Robeson上限.本工作為先進(jìn)膜材料開發(fā)提供借鑒和啟發(fā).

本工作受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2021YFB3802200); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U20B2023, 22208238, U1732120)的資助.