高性能超薄二氧化碳分离膜制备成功

分离性能达到工业应用需求

　　中化新网讯 8月16日，从中国科学院大连化学物理研究院传出消息，该所无机膜与催化新材料研究组的杨维慎研究员和彭媛副研究员团队在纯相共价有机框架(COFs)气体分离膜研究方面取得新进展，制备出高性能超薄二氧化碳分离膜，分离性能达到了工业应用需求。

　　据彭媛介绍，他们制备的二氧化碳分离膜以COFs纳米片为膜构筑基元，诱发错排缩孔效应，实现了二氧化碳/氢气混合气中二氧化碳的优先渗透分离。也就是说，二维COFs骨架对二氧化碳选择性吸附特性与纳米片错排缩孔效应协同作用，可以诱发气体在膜内表面扩散机制，进而实现二氧化碳的高效分离。实验研究数据显示，应用COFs材料时，在298K下，二氧化碳/氢气分离系数大于20，二氧化碳渗透率大于300GPUs，分离性能达到了工业应用需求。

　　由于二维COFs孔径大于0.8纳米，对于动力学直径为0.3~0.4纳米的小分子气体例如氢气(0.29纳米)、二氧化碳(0.33纳米)等难以实现精确分离，构建具有高效二氧化碳分离性能的纯相二维COFs膜面临极大挑战。“但COFs材料具有永久性一维直通孔道，丰富的表面官能团以及优异稳定性，在二氧化碳分离领域仍然具有巨大的应用潜力。”彭媛表示。

　　基于此，该团队在前期研究基础上，以3种不同表面化学和孔径的层状COFs材料为研究对象，发展出一种弱酸性溶剂剥层，并辅以温和机械外力的方法，将其剥离为厚度2纳米、尺寸达微米级的系列超薄纳米片层，通过精确控制纳米片错排组装，构建了孔径尺寸适合二氧化碳分离的纯相COFs膜。

　　在碳达峰、碳中和的目标背景下，发展低能耗、环境友好的二氧化碳选择性分离膜具有重要意义和实际应用价值。相较于传统高能耗分离技术如溶剂吸收、深冷精馏等，压力驱动的膜分离技术能耗极低、碳足迹小，满足工业与社会可持续发展的战略需求。膜材料是膜分离技术的核心，高性能的二维分离膜是该研究领域前沿性研究议题。

　　彭媛表示，目前他们研制的二氧化碳分离膜仍处于实验室验证阶段，下一步计划开发新的COFs膜材料，形成新的孔道工程策略，进一步提升膜分离性能，拓展COFs膜在二氧化碳分离中的应用范围，如用于二氧化碳/氮气、二氧化碳/甲烷分离等。