【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室無機(jī)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(jī)框架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(yè)排放氣中常含有副產(chǎn)氫與多種輕烴(C1-C4)，其高效分離兼具經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙重意義。傳統(tǒng)聚合物膜的滲透性與選擇性之間存在制約關(guān)系。例如，交聯(lián)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(xiàn)膜分離性能的提升，研究人員首先通過配位化學(xué)作用在金屬—有機(jī)框架ZIF-8納米粒子表面枝接含硅氧烷的基團(tuán)，使其具備與硅橡膠膜偶聯(lián)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(xué)釘扎力協(xié)同作用，在聚合物膜表面構(gòu)筑出具有海綿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ZIF-8功能層(厚度約125 nm)。該結(jié)構(gòu)類似分子“迷宮”，輕烴在其中的反復(fù)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(wěn)定性，在對模擬工業(yè)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(guān)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(fā)表在《先進(jìn)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(xué)基金、能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室等項目的資助。