杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队制备出具有工业应用前景的高稳定MOF膜

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近日，我所无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队制备出致密、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，其粗产品中往往含有大量水。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。MOF膜的发展为高效化工分离带来机遇，但目前多应用于温和场景下的气体分离。

　　基于上述问题，研究团队选取两种不同晶格的MOF材料——MIL-53（Al）和amino-MIL-101（Cr），通过分步模块化学策略，成功构建了致密、稳定的HLI膜。团队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；通过高分辨扫描、透射电子显微技术与二维拓扑模拟发现，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、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，通过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%。
　　相关工作以“Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading”为题，发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被选为“Hot Paper”。该工作的第一作者是我所504组博士研究生王悦诚。以上工作获得国家自然科学基金创新群体项目的支持。（文/图 班宇杰、王悦诚）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202114479


       文章来源：大连化物所
       杨维慎，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，国家973项目首席科学家。1990年3月获中科院大连化学物理研究所理学博士学位。先后在英国Birmingham大学(1989)、德国Inst. Interfacial Eng. Biotech. (1999)、美国Univ. Southern California(2001)等研究单位及大学作访问学者；发表学术论文180余篇；专利授权20余件；承担多项国家基金委重点基金项目、国家863项目、国家973项目以及国际合作项目；任5th International Conference on Catalytic Reactions in Memebrane Reactor (2002) 国际会议主席以及多个系列国际膜分离及膜催化会议学术委员会委员；获中国化学会青年化学奖（1998）及辽宁省自然科学一等奖（2006）。