近日,中科院大連化學物理研究所楊維慎研究員領(lǐng)導的無機膜與催化新材料研究組(504組)在金屬有機骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)分離膜的研究工作中取得突破,最新成果作為后封面文章發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》上(DOI: 10.1002/anie.201104383),這是對具有實際應(yīng)用價值的MOFs分離膜的首次報道。
近年來,MOFs材料因其在吸附、分離、催化等領(lǐng)域的巨大潛在應(yīng)用價值而成為世界各國研究者普遍關(guān)注的焦點。國際上,利用MOFs材料構(gòu)建分子篩分膜(根據(jù)分子的大小不同,優(yōu)先透過小分子),并用于氣體分子的尺寸選擇性分離的相關(guān)研究在近期取得了顯著進展。然而,由于普遍存在的MOFs材料本身的骨架柔性,使得MOFs分子篩膜并不能有效地截留較其孔道直徑稍大的分子,限制了其在氣體膜分離領(lǐng)域的應(yīng)用。
楊維慎研究小組的科研人員正面地利用了MOFs材料(ZIF-8)的骨架柔性,實驗觀測和理論模擬到異丁醇分子在ZIF-8納米粒子上吸附過程中的“gate-opening”效應(yīng)?;谠撔?yīng)和ZIF材料的表面超疏水性,制備出可以優(yōu)先透過醇類大分子而阻止尺寸更小的水分子的高性能ZIF-8納米復(fù)合膜。該膜可高效地從低濃度發(fā)酵液中富集異丁醇(第二代生物燃料),分離系數(shù)為34.9 - 40.1,透量為6.4 - 8.6 kgh-1m-2,超出了文獻報道的丁醇富集膜的性能上限。能耗分析表明,該ZIF-8復(fù)合膜的滲透汽化分離能耗僅為精餾能耗的一半,展現(xiàn)出良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
上述研究成果有望顯著推動膜分離技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)中的應(yīng)用,并對MOFs分離膜在大分子選擇性分離和液體分離領(lǐng)域的相關(guān)研究起到重要的借鑒作用。