在線留言
近日，南京工業(yè)大學金萬勤教授團隊在分離膜領域取得新進展，采用固態(tài)溶劑法制備出超薄超高摻雜量的混合基質(zhì)膜。該成果在線發(fā)表在國際期刊《科學》上。
據(jù)介紹，膜技術具有分離能耗低等優(yōu)勢，但其發(fā)展普遍受限于滲透性和選擇性的制約關系，將高性能無機填料摻雜在聚合物中制備混合基質(zhì)膜，有望突破這一瓶頸。然而，面臨填料團聚和界面缺陷的重大挑戰(zhàn)，混合基質(zhì)膜仍未大規(guī)模應用。
金萬勤團隊是國際上較早開展混合基質(zhì)膜研究的團隊之一。“我們提出將聚合物作為固態(tài)溶劑，溶解填料的前驅(qū)體并將其涂覆在多孔載體表面形成超薄膜層，而后將聚合物中的前驅(qū)體原位轉(zhuǎn)化成填料。”南京工業(yè)大學陳桂寧博士介紹。區(qū)別于傳統(tǒng)的“合成填料—分散填料—填料與聚合物混合”制備混合基質(zhì)膜的復雜工藝，該方法僅需在聚合物中溶解高含量前驅(qū)體，即可實現(xiàn)高含量填料的均勻超薄化摻雜，同時以填料為主體相的新型混合基質(zhì)膜結構有利于填料之間形成貫穿孔道，為分子提供超快傳輸通道。
實驗表明，采用固態(tài)溶劑法制備的混合基質(zhì)膜厚度僅為50納米，填料摻雜量高達80%以上，實現(xiàn)了膜滲透性和選擇性數(shù)量級的提升?；诔∧雍吞畛涞呢灤┖Y分孔道，該混合基質(zhì)膜表現(xiàn)出類無機膜(純填充相)的優(yōu)異分離性能，氫氣/二氧化碳分離性能高出現(xiàn)有聚合物膜和混合基質(zhì)膜1~2個數(shù)量級。
“固態(tài)溶劑法主要依靠聚合物膜的加工制備技術，因此易于放大制備成超薄的平板型和中空纖維型混合基質(zhì)膜。”南京工業(yè)大學劉公平教授說，該方法適用于不同類型的填料和聚合物基質(zhì)，表現(xiàn)出良好的規(guī)?；苽淝熬芭c膜材料普適性。
“研究首次從實驗上證明了超薄超高摻雜混合基質(zhì)膜的可行性，也為發(fā)展基于納米材料的超薄分離膜及功能涂層提供了新思路和理論技術基礎。”金萬勤介紹。該混合基質(zhì)膜在碳捕集等過程極具應用潛力，有望助力我國“雙碳”目標的實施。在國家重點研發(fā)項目的資助下，該團隊正在開展混合基質(zhì)膜的放大制備與應用技術研究。
