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我国科研团队在聚酰胺复合膜结构调控方面取得新进展

发布日期:2021-04-27

4月25日,记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉,该所江河清研究员带领的膜分离与催化研究组在聚酰胺复合膜结构调控方面取得新进展,相关科学研究成果发表在《美国化学会-应用材料与界面》(《ACS Applied Materials & Interfaces》)期刊上(ACS Appl. Mater. Inter., DOI: 10.1021/acsami.1c03737)。

膜分离技术因其具有占地面积小、操作简单等优点,在海水淡化及CO2捕获领域得到广泛应用。界面聚合法制备的聚酰胺复合膜因为制膜过程简单、成本低而备受关注。

聚酰胺复合膜的表面形貌及微结构对其分离性能具有重要影响,研究表明聚酰胺复合膜的界面聚合过程受扩散控制,由于目前缺乏对单体扩散的控制策略,使分离层厚度及微结构难以有效调控。

针对上述问题,江河清研究员带领的膜分离与催化研究组研究发现在多孔基底表面引入氧化石墨烯作为过渡层,可以调控界面聚合过程和聚酰胺活性层微结构,开发出结构均匀且致密的聚酰胺复合膜,该复合膜在正渗透过程中呈现出较高的渗透性能和分离选择性(Chem. Eng. J., 2021, 412, 128607)。

近日,该研究组将纳米Zr基金属有机框架化合物(metal-organic framework,MOF)引入到界面聚合的前驱液有机胺水相中,利用MOF与有机胺单体的相互作用控制有机胺单体在水相中的扩散速率和水相-油相界面聚合过程,进而调控聚酰胺分离层的厚度及表面结构,开发出分离层厚度为145 nm,且具有特殊纳米条纹“图灵”结构的聚酰胺复合膜。该复合膜的CO2/CH4分离因子达到58,CO2渗透率为27 GPU,有望用于CO2捕获及沼气纯化领域。