中国科学院大连化学物理研究所制备出海绵状金属—有机框架复合膜用于氢气/轻烃分离

　　【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院大连化学物理研究所能源催化转化全国重点实验室无机膜与催化新材料研究组(504组)杨维慎研究员、班宇杰研究员等在超薄聚合物膜表面组装出海绵状金属—有机框架结构，实现了氢气(H2)与多种轻烃的分离，为炼厂尾气中氢资源回收与轻烃减排提供了新策略。
 

　　石化工业排放气中常含有副产氢与多种轻烃(C1-C4)，其高效分离兼具经济与环保双重意义。传统聚合物膜的渗透性与选择性之间存在制约关系。例如，交联型硅橡胶膜自由体积较大，气体渗透性较高，但对H2/轻烃的分离选择性有限。
 

　　在本工作中，为实现膜分离性能的提升，研究人员首先通过配位化学作用在金属—有机框架ZIF-8纳米粒子表面枝接含硅氧烷的基团，使其具备与硅橡胶膜偶联的能力。随后，科研人员将纳米粒子旋涂于未完全固化的活性超薄聚硅氧烷膜(厚度约10 nm)表面，利用涂覆过程中的径向离心力与ZIF-8—聚合物之间的法向化学钉扎力协同作用，在聚合物膜表面构筑出具有海绵网络结构的ZIF-8功能层(厚度约125 nm)。该结构类似分子“迷宫”，轻烃在其中的反复吸—脱附过程延迟了跨膜传输，提升了H2/轻烃分离选择性。该膜具有良好的运行稳定性，在对模拟工业尾气的分离中，可将10%的氢气富集到83%，同时将C1-C4轻烃排放降低78%。
 

　　相关成果以“Assembly of Sponge-like Metal-Organic Framework Architecture on an Ultrathin Polymer Membrane for Various H2/Hydrocarbon Separations”为题，于近日发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。该工作的第一作者是我所504组博士研究生刘嘉懿。以上工作得到国家自然科学基金、能源催化转化全国重点实验室等项目的资助。