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江蘇化工網(wǎng) 行業(yè)資訊 科技創(chuàng)新 南工大分離膜領(lǐng)域再獲新進(jìn)展
南工大分離膜領(lǐng)域再獲新進(jìn)展
  發(fā)布日期:2023-09-27

近日,南京工業(yè)大學(xué)金萬(wàn)勤教授團(tuán)隊(duì)在分離膜領(lǐng)域取得新進(jìn)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(guó)際期刊《科學(xué)》上。

據(jù)介紹,膜技術(shù)具有分離能耗低等優(yōu)勢(shì),但其發(fā)展普遍受限于滲透性和選擇性的制約關(guān)系,將高性能無(wú)機(jī)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(tuán)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(yīng)用。

金萬(wàn)勤團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上較早開(kāi)展混合基質(zhì)膜研究的團(tuán)隊(duì)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(xué)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(fù)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(shí)現(xiàn)高含量填料的均勻超薄化摻雜,同時(shí)以填料為主體相的新型混合基質(zhì)膜結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)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(dá)80%以上,實(shí)現(xiàn)了膜滲透性和選擇性數(shù)量級(jí)的提升。基于超薄膜層和填充的貫穿篩分孔道,該混合基質(zhì)膜表現(xiàn)出類無(wú)機(jī)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(gè)數(shù)量級(jí)。

 “固態(tài)溶劑法主要依靠聚合物膜的加工制備技術(shù),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(xué)劉公平教授說(shuō),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)模化制備前景與膜材料普適性。

 “研究首次從實(shí)驗(yàn)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(shù)基礎(chǔ)。”金萬(wàn)勤介紹。該混合基質(zhì)膜在碳捕集等過(guò)程極具應(yīng)用潛力,有望助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的資助下,該團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展混合基質(zhì)膜的放大制備與應(yīng)用技術(shù)研究。

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