中国科学家制备出高稳定MOF膜,具有广阔的工业应用前景

Serena Xu

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图源:论文

据中国科学院大连化学物理研究所官方网站消息,该所研究员杨维慎、副研究员班宇杰团队制备出致密、稳定的异质晶格共生型金属-有机骨架(MOF)膜,实现多元醇与水的高效分离,获得聚合级乙二醇,与传统减压精馏相比节省约1/3的能耗,具有广阔的工业应用前景。研究成果发表在《德国应用化学》上,并被选为热点文章。

乙二醇等短链多元醇是重要的化工原料,工业上主要以水合环氧乙烷和生物质转化路线制备得到,其粗产品中往往含有大量水。渗透气化膜分离技术有望实现乙二醇与水的高效分离,但要求膜具备高度致密和稳定的微结构,以应对严苛的液相分离环境。MOF膜的发展为高效化工分离带来机遇,但目前多应用于温和场景下的气体分离。

在新研究中,团队选取了两种不同晶格的MOF材料—MIL-53(Al)和amino-MIL-101(Cr),通过分步模块化学策略,成功构建了致密、稳定的HLI膜。他们首先在氧化铝陶瓷载体表面构筑棒状MIL-53(Al)阵列基层,再通过二次溶液生长,使amino-MIL-101(Cr)纳米粒子嵌入MIL-53阵列间隙;通过高分辨扫描、透射电子显微技术与二维拓扑模拟发现,两种材料在特定化学环境下的生长互补,以及异质晶格间的紧密连接,是获得致密、稳定HLI结构的关键。

研究发现,HLI膜呈现优异的乙二醇脱水分离性能,连续运行675小时性能保持不变;可耐受反复的超声波冲击,10余次处理性能无衰减;可承受6bar的高压气体。经过工业路线设计模拟,通过HLI膜渗透气化技术进行乙二醇脱水精制,其能耗与传统减压精馏技术相比,降低约32%。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114479

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