天津大学王志教授团队近期于JournalofMembraneScience期刊（,,）发表题目为High-performancemembranewithangstrom-scalemanipulationofgastransportchannelsviapolymericdecoratedMOFcavities的文章。该文章第一作者为天津大学博士生王博（已于年11月获博士学位，就职于天津理工大学），共同通讯作者为王志教授、刘新磊教授和赵颂副研究员。
埃级别精准调控膜气体传递通道
利用不同结构的聚合物调控MOFs孔尺寸和孔化学
所制膜在进料气为干态和饱和湿度条件下均具有良好的气体分离性能
混合基质膜（MMMs）结合了聚合物和多孔纳米材料的优势，具有广阔的应用前景。本团队前期通过重力诱导界面自组装的方法构筑了单层MOFs颗粒贯通分离层的超薄混合基质复合膜，该方法显著提升了所制膜的气体分离性能。深入分析可知，利用聚合物修饰MOFs不仅可强化混合基质膜中MOFs和聚合物间的界面相容性，同时可调控MOFs孔尺寸，提高所制膜的选择性，充分发挥MOFs的筛分效应。因此，将精准调控孔道尺寸的MOFs颗粒作为混合基质复合膜内独立的气体传输通道可实现膜性能的进一步提升。目前，利用聚合物调控MOFs孔道尺寸强化CO2分子在孔道内传递速率的研究较少。本工作采用不同结构的聚合物精准调控MOFs孔尺寸以及孔化学，构筑适用于CO2/N2分离的膜气体传递通道。
图1.CO2和N2分子在UKX，UKM和UKI纳米颗粒孔道中的传递方式示意图
本工作选用聚乙烯亚胺（PEI），聚乙烯基胺（PVAm）和聚醚共聚酰胺（Pebax）分别修饰UiO-66(Zr)孔道，制得UKI、UKM和UKX纳米颗粒。随后，以Pebax为连续相，UKI、UKX和UKM为分散相，制备了三种具有贯通分离层气体传递通道的超薄（~nm）混合基质复合膜。三种聚合物结构上的差异导致聚合物链段占据UiO-66(Zr)孔道体积不同，进而改变聚合物修饰后纳米颗粒的孔道尺寸。CO2分子在三种纳米颗粒孔道内的传递方式均为优先吸附-单分子层表面扩散。根据孔尺寸推测，CO2分子在UKI、UKM和UKX孔道中分别以一个、两个和三个的形式传递（图1）。结果表明，膜内气体传递通道尺寸的变化可调控所制膜的渗透选择性。在0.15MPa下，UKX-Pebax/mPSf膜的CO2渗透速率为GPU，是Pebax/mPSf膜的2.45倍，CO2/N2分离因子为，是Pebax/mPSf膜的3.4倍。UKM-Pebax/mPSf膜的CO2渗透速率为GPU，是Pebax/mPSf膜的1.9倍，CO2/N2分离因子为，是Pebax/mPSf膜的3.7倍。UKI-Pebax/mPSf膜的CO2渗透速率为GPU，是Pebax/mPSf膜的1.6倍，CO2/N2分离因子为，是Pebax/mPSf膜的6.5倍。
与文献报道的膜相比，所制膜均体现优异的CO2/N2分离性能（图2）。此外，文中还模拟了分离层分别只由UKX，UKM和UKI构成的复合膜的气体分离能力，分别为UKX/mPSf膜的CO2渗透系数为，CO2/N2分离因子为；UKM/mPSf膜的CO2渗透系数为，CO2/N2分离因子为；UKI/mPSf膜的CO2渗透系数为，CO2/N2分离因子为。
图2.本工作所制膜与文献报道的膜CO2/N2混合气分离性能的比较
原文信息：
第一作者：
王博
现工作单位：天津理工大学化学化工学院，生命健康检测研究院（LifeandHealthResearchInstitute,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,TianjinUniversityofTechnology）
电子邮箱：wangbo90
email.tjut.edu.cn通讯作者：
王志教授
工作单位：天津大学化工学院，天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室（TianjinKeyLaboratoryofMembraneScienceandDesalinationTechnology,SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity）
电子邮箱：wangzhi
tju.edu.cn通讯作者：
刘新磊教授
工作单位：天津大学化工学院，天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室（TianjinKeyLaboratoryofMembraneScienceandDesalinationTechnology,SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity）
电子邮箱：xinlei--_liu1
tju.edu.cn通讯作者：
赵颂副研究员
工作单位：天津大学化工学院，天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室（TianjinKeyLaboratoryofMembraneScienceandDesalinationTechnology,SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity）
电子邮箱：songzhao
tju.edu.cn预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇推荐文章
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