哈工大邵路教授团队Prog. Mater. Sci. 综述：面向可持续发展的超快分子分离膜：从传统聚合物到新兴材料

【引语】

传统的分离技术包括蒸馏、变温/变压吸附和萃取，被广泛应用于生物制药、食品、农业、化工和石化等行业。然而这些能源密集型技术在生产过程中碳排放量巨大，容易造成二次污染。与之相比，膜分离过程具有低能耗，空间利用率高，分离过程无相变等优势。近年来，全球能源短缺和各种各样环境问题的出现，加速了膜分离技术的发展，尤其是利用纳米技术进行膜组装和膜分离技术的商业化。分离膜选择层的厚度和孔隙率对 于获得高通量的聚合物膜至关重要。传统的分子筛型超滤膜和纳滤膜大多具有较厚的选择层，其孔隙率低，孔径分布较为广泛，严重限制了其应用。近年来，科研工作者利用先进的纳米技术、新型的膜材料、膜制备技术和膜过程，逐渐可以制备出具有密集分子通道的超薄分离膜。这些膜的孔径在0.5~ 5nm之间，对于去除水或有机溶剂中的小分子具有非常理想的效果，并且具有高于传统分离膜几十或上百倍的液体通量，因此称之为超快分子分离膜(ultrafast molecular separation UMS)。

【成果简介】

近日，哈尔滨工业大学邵路教授与马军教授、田纳西大学Zhanhu Guo教授和爱丁堡大学Cher Hon Lau研究员（共同通讯作者）等合作在Progress in Materials Science上发表了题目为“Towards Sustainable Ultrafast Molecular-Separation Membranes: from Conventional Polymers to Emerging Materials”的前瞻性综述文章。博士生程喜全（目前任职哈工大威海校区）为第一作者，博士生王振兴（目前任职南昌大学）、博士生姜旭等人参与撰写该论文。邵路教授团队近年来致力于研究新型纳米复合材料和仿生材料在分离膜（气体分离和水处理）中的应用以及先进分离膜的制备，并取得了一系列的重要成果。这篇综述在详细分析了现有膜分离技术的瓶颈和近年来新型纳米材料在膜分离材料中的应用后，提出了未来分离膜的发展方向——具有超薄分离层和窄孔径分布的超快分子分离膜(ultrafast molecular separation： UMS)。文中详细论述了超快分子分离膜的设计理论、制备方法和制备材料，并展望了超快分子分离膜发展过程中出现的技术性难题和可能的解决方法。

【图文导读】

图1.UMS结构示意图及分离过程示意图

图2.传统超滤/纳滤膜制备方法(I) 相转化, (II) 界面聚合 (III) 表面涂覆

图3. PIM基UMS制备示意图及性能表征

图4. 通过建立牺牲层制备UMS 膜和交联铁蛋白膜的性能

图5. (I) 纳米通道GO膜制备过程，(II) 纳米通道GO微观膜结构 (III) 表面涂覆NSC-GO膜的压力响应

图6. (I) 具有均匀孔道的BCP 膜的典型组装过程，(II)3D打印成膜结构，(III) 呼吸图法典型过程

图7. 钻石型结构碳膜的CVD制备过程及其性能

图8. 具有非对称粒子结构的Janus 膜

文献链接：Towards Sustainable Ultrafast Molecular-Separation Membranes: from Conventional Polymers to Emerging Materials（Prog. Mater. Sci., DOI:10.1016/j.pmatsci.2017.10.006）

【团队简介】

邵路教授目前为哈尔滨工业大学化工与化学学院膜科学与技术方向带头人。该科研团队主要围绕环保、能源方向在膜分离和功能（复合）材料方面进行了较深入系统的工作，取得了系列高水平成果。负责包括国家自然科学基金面上项目、石化联合基金、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划等多个国家级、省部级项目。在Energy & Environmental Science, Journal of Membrane Science, Progress in Materials Science, Progress in Polymer Science、Advanced Energy Materials、Materials Horizons, Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces, ChemSusChem, Chemical Engineering Journal等期刊发表SCI论文90篇， SCI引用2200余次，Sci h-index (高因子) = 28, 七篇文章入选ESI高引论文（前百分之一），二篇文章入选ESI热点论文（前千分之一），google scholar引用2900次。戳我查看邵教授个人主页，谷歌学术主页。

本文由哈尔滨工业大学邵路教授提供。

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