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大连化物所制备出高稳定MOF膜
责编:李晓燕 发布时间:2022-01-29 15:34:23 浏览次数:

   近日,中国科学院大连化学物理研究所无机膜与催化新材料研究组研究员杨维慎、副研究员班宇杰团队,制备出致密、稳定的异质晶格共生型(hetero-lattice intergrown,HLI)金属-有机骨架(metal-organic framework,MOF)膜,可实现多元醇与水高效分离,获得聚合级乙二醇,与传统减压精馏相比,可节省能耗约32%,具备工业应用前景。

 

   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。目前,MOF膜的发展为高效化工分离带来机遇,却多应用于温和场景下的气体分离。
 
   基于上述问题,科研团队选取两种不同晶格的MOF材料——MIL-53(Al)和amino-MIL-101(Cr),运用分步模块化学策略,构建出致密、稳定的HLI膜。研究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;采用高分辨扫描、透射电子显微技术与二维拓扑模拟研究发现,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,是获得致密且稳定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,利用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%。
 
   相关研究成果以Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading为题,发表在《德国应用化学》上,并被选为Hot Paper。研究工作得到国家自然科学基金创新群体项目的支持。

                                                                                                                                       (来源:大连化学物理研究所)
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