仅隔一周！北京理工大学又发Science

小胖纸 2年前 (2022-10-21) 2735浏览

【导读】

基于膜的分离（membrane-based separation）技术作为一种节能分离技术，因其对减少碳排放和污染的需求而备受关注。其中，疏水聚合物膜广泛应用于渗透汽化回收生物乙醇，但聚合物基渗透汽化膜的分离性能普遍受到渗透性或选择性较低，需要平衡渗透性和选择性的限制。因此，开发一种制造高性能渗透汽化膜的策略有助于降低工业生物燃料生产的能源消耗和提高效率。金属-有机骨架（MOFs）因其独特的吸附亲和性、高可设计性和多样化的孔隙结构和尺寸受到广泛的研究。将高孔隙率的MOFs嵌入到聚合物基质中可制备混合基质膜（mixed-matrix membranes, MMMs），但MMMs中的传输途径仍然由聚合物基质主导。此外，衬底支撑异质外延MOFs膜在液体分离中的应用也受到限制。与3D MOF膜相比，定向2D MOF纳米片（MOF-NS）膜通常具有良好的分离性能。然而，由于刚性MOFs和柔性基体之间的冲突，在聚合物基板上控制MOF纳米片的生长具有挑战性。

【成果掠影】

在2022年10月20日，北京理工大学赵之平教授和冯英楠助理教授（共同通讯作者）等人报道了一种在聚合物基质上构建具有蜂窝状结构的高度柔性金属-有机骨架纳米片（MOF-NS）膜的策略，并用于乙醇-水的超快分离。通过表面涂层法控制生长，作者有效地制备了柔性且无缺陷的超疏水MOF-NS膜。作者利用电子显微镜观察，发现柔性MOF-NS膜的可逆变形和垂直层间通路。此外，分子模拟证实了结构，并揭示了转运机制。实验测试发现，在40 ℃下渗透蒸发5 weight %乙醇-水时，MOF-NS膜中的超快传输通道具有超高通量和8.9的分离因子，可用于生物燃料回收。同时，MOF-NS和聚二甲基硅氧烷协同促进分离性能。研究成果以题为“Highly flexible and superhydrophobic MOF nanosheet membrane for ultrafast alcohol-water separation”发布在国际著名期刊Science上。