天津大學姜忠義課題組:HOF混合基質膜用于高效CO2分離

近日,期刊《納微快報》(Nano-Micro Letters, IF: 23.655)發表了題目為“Engineering HOF?-Based Mixed-Matrix Membranes for Efficient CO2Separation”的學術論文.該論文第一作者為天津大學博士生王雨寒,通訊作者為天津大學潘福生研究員、姜忠義教授.《Nano-Micro Letters》是上海交通大學主辦的英文學術期刊,主要報道納米/微米尺度相關的最新高水平研究成果.

圖1 HOF混合基質膜結構和功能示意圖

隨著“雙碳”目標推進,膜法碳捕集技術開發成為國內外研究熱點.膜材料是高效膜分離的關鍵.近年來,氫鍵有機框架(Hydrogen-bonded organic framework,HOF)作為由有機或金屬-有機構建單元通過分子間的氫鍵相互連接而形成的框架材料,已發展成為一類獨特的晶態多孔材料.HOF材料具有合成條件溫和、結晶度高、溶液可加工、易修復和再生等特點,有望開發成為一種先進的膜材料.

本研究將HOF作為填料與Pebax高分子混合制備新一代HOF混合基質膜,用于高效CO2分離.HOF-21框架孔道通過氫鍵和配位鍵構筑,孔徑為0.35 nm.基于胺調控框架組裝過程,開發HOF-21納米顆粒合成方法,改善填料-高分子的界面相容性.HOF-21具有豐富的化學功能位點和連續的氫鍵網絡,起到促進傳遞作用.所制備的HOF-21混合基質膜表現出優異的分離性能,膜滲透率高于750 Barrer,對CO2/CH4和CO2/N2的選擇性分別為～40和～60,超過了2008年Robeson上限.本工作為先進膜材料開發提供借鑒和啟發.

本工作受國家重點研發計劃 (2021YFB3802200); 國家自然科學基金項目(U20B2023, 22208238, U1732120)的資助.