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新方法可制备超薄纳米片 CO2分离性能达工业要求
科技日报 郝晓明 / 时间:2021-08-12 22:33:25

科技日报8月12日讯: 双碳目标下,捕获二氧化碳(CO2),发展低能耗、环境友好的CO2选择性分离膜具有重要意义和价值。记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员杨维慎、副研究员彭媛团队在纯相共价有机框架气体分离膜方面取得新进展,以二维共价有机框架(COFs)纳米片为分离膜构筑基元,诱发错排缩孔效应,成功将COFs的孔径缩小,实现小分子气体CO2的高效分离。相关成果发表在《德国应用化学》上。

长久以来,针对混合气体的高效分离,研究人员将目光聚焦在拥有较小孔径的金属—有机框架材料上,而COFs由于孔径大于0.8纳米,一直被用作液体分离,难以精确分离小分子气体。为了构建具有高效CO2分离性能的纯相二维COFs膜,研究团队提出错位堆叠COFs纳米片以缩小孔径的设想。“这就像把大孔的渔网错位叠在一起网住小鱼一样。”彭媛说。

要拆解重新组装,必须要有极薄的COFs纳米片。在前期研究基础上,该团队以三种不同表面化学和孔径的层状COFs材料为研究对象,发展出一种弱酸性溶剂剥层,并辅以温和机械外力的方法,将厚度约3000纳米的COFs材料剥离为厚度约2纳米、尺寸达微米级的系列超薄纳米片层。而后,通过精确控制纳米片错排组装策略,成功构建出孔径尺寸适合CO2分离的纯相COFs膜;此外,COFs有丰富的表面官能团,能够选择识别和吸附CO2。实验结果表明,COFs纳米片错排缩孔效应与骨架对CO2选择性吸附特性的协同作用诱发了气体在膜内表面扩散机制,实现了CO2/氢气(H2)混合气中大分子CO2优先渗透分离,分离性能达到工业应用要求。

杨维慎表示,不同种类的COFs孔径不同,经过改造后或可实现其他气体的分离,这为开发新型COFs气体分离膜材料提供了新思路。


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