近日，南京工業大學金萬勤教授團隊在分離膜領域取得新進展，采用固態溶劑法制備出超薄超高摻雜量的混合基質膜。該成果在線發表在國際期刊《科學》上。
據介紹，膜技術具有分離能耗低等優勢，但其發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，混合基質膜仍未大規模應用。
金萬勤團隊是國際上較早開展混合基質膜研究的團隊之一。“我們提出將聚合物作為固態溶劑，溶解填料的前驅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體原位轉化成填料。”南京工業大學陳桂寧博士介紹。區別于傳統的“合成填料—分散填料—填料與聚合物混合”制備混合基質膜的復雜工藝，該方法僅需在聚合物中溶解高含量前驅體，即可實現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，采用固態溶劑法制備的混合基質膜厚度僅為50納米，填料摻雜量高達80%以上，實現了膜滲透性和選擇性數量級的提升。基于超薄膜層和填充的貫穿篩分孔道，該混合基質膜表現出類無機膜(純填充相)的優異分離性能，氫氣/二氧化碳分離性能高出現有聚合物膜和混合基質膜1～2個數量級。
“固態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膜。”南京工業大學劉公平教授說，該方法適用于不同類型的填料和聚合物基質，表現出良好的規模化制備前景與膜材料普適性。
“研究首次從實驗上證明了超薄超高摻雜混合基質膜的可行性，也為發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。在國家重點研發項目的資助下，該團隊正在開展混合基質膜的放大制備與應用技術研究。
中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態環境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業聯合會
江蘇省發展和改革委員會 江蘇省工業和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態環境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監督管理局 江蘇省統計局
北京市化學工業協會 天津市石油和化工協會 遼寧省石油和化學工業協會 內蒙古石油和化學工業協會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業協會 山西省化學工業協會 吉林省能源協會 黑龍江省石化行業協會 浙江省石油和化學工業行業協會 安徽省石油和化學工業協會 福建省石油和化學工業協會 江西省石油和化學工業協會 河南省石油和化學工業協會 湖北省石化行業協會 湖南省石油化學工業協會 廣東省石油和化學工業協會 海南省石油和化學工業行業協會 四川省化工行業協會 貴州省化學工業協會 云南省化工行業協會 陜西省經濟聯合會 甘肅省石化工業協會 青海省化工協會
電話：協會：025-8799064 學會：025-86799482
會員服務部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業務經營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
