中科院大連化學(xué)物理研究所 實(shí)現(xiàn)小分子氣體二氧化碳的高效分離

來源:中國科學(xué)報(bào)

雙碳目標(biāo)下,“捕獲”二氧化碳,發(fā)展低能耗、環(huán)境友好的二氧化碳選擇分離膜具有重要意義。日,中科院大連化學(xué)物理研究所研究員楊維慎、副研究員彭媛團(tuán)隊(duì)在純相共價(jià)有機(jī)框架氣體分離膜方面取得新進(jìn)展,以二維共價(jià)有機(jī)框架(COFs)納米片為分離膜構(gòu)筑基元,誘發(fā)錯排縮孔效應(yīng),成功將COFs的孔徑縮小,實(shí)現(xiàn)小分子氣體二氧化碳的高效分離。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

長久以來,針對混合氣體的高效分離,研究人員聚焦在擁有較小孔徑的金屬—有機(jī)框架材料上,而COFs由于孔徑大于0.8納米,一直被用作液體分離,難以精確分離小分子氣體。為了構(gòu)建具有高效二氧化碳分離能的純相二維COFs膜,研究團(tuán)隊(duì)提出錯位堆疊COFs納米片以縮小孔徑的設(shè)想。“這就像把大孔的漁網(wǎng)錯位疊在一起網(wǎng)住小魚一樣。”彭媛說。

要拆解重新組裝,必須得有極薄的COFs納米片。在前期研究基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)以3種不同表面化學(xué)和孔徑的層狀COFs材料為研究對象,發(fā)展出一種弱酸溶劑剝層,并輔以溫和機(jī)械外力的方法,將厚度約3000納米的COFs材料剝離為厚度約2納米、尺寸達(dá)微米級的系列超薄納米片層。而后,通過精確控制納米片錯排組裝策略,成功構(gòu)建出孔徑尺寸適合二氧化碳分離的純相COFs膜。COFs有豐富的表面官能團(tuán),能夠選擇識別和吸附二氧化碳。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,COFs納米片錯排縮孔效應(yīng)與骨架對二氧化碳選擇吸附特的協(xié)同作用,誘發(fā)了氣體在膜內(nèi)表面擴(kuò)散機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了二氧化碳/氫氣混合氣中大分子二氧化碳優(yōu)先滲透分離,分離能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用需求。

標(biāo)簽: 二氧化碳 高效分離 縮孔效應(yīng) 氣體分離膜

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