【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所能源催化轉化全國重點實驗室無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員、班宇杰研究員等在超薄聚合物膜表面組裝出海綿狀金屬—有機框架結構，實現了氫氣(H2)與多種輕烴的分離，為煉廠尾氣中氫資源回收與輕烴減排提供了新策略。
石化工業排放氣中常含有副產氫與多種輕烴(C1-C4)，其高效分離兼具經濟與環保雙重意義。傳統聚合物膜的滲透性與選擇性之間存在制約關系。例如，交聯型硅橡膠膜自由體積較大，氣體滲透性較高，但對H2/輕烴的分離選擇性有限。
在本工作中，為實現膜分離性能的提升，研究人員首先通過配位化學作用在金屬—有機框架ZIF-8納米粒子表面枝接含硅氧烷的基團，使其具備與硅橡膠膜偶聯的能力。隨后，科研人員將納米粒子旋涂于未完全固化的活性超薄聚硅氧烷膜(厚度約10 nm)表面，利用涂覆過程中的徑向離心力與ZIF-8—聚合物之間的法向化學釘扎力協同作用，在聚合物膜表面構筑出具有海綿網絡結構的ZIF-8功能層(厚度約125 nm)。該結構類似分子“迷宮”，輕烴在其中的反復吸—脫附過程延遲了跨膜傳輸，提升了H2/輕烴分離選擇性。該膜具有良好的運行穩定性，在對模擬工業尾氣的分離中，可將10%的氫氣富集到83%，同時將C1-C4輕烴排放降低78%。
相關成果以“Assembly of Sponge-like Metal-Organic Framework Architecture on an Ultrathin Polymer Membrane for Various H2/Hydrocarbon Separations”為題，于近日發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。該工作的第一作者是我所504組博士研究生劉嘉懿。以上工作得到國家自然科學基金、能源催化轉化全國重點實驗室等項目的資助。
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