天津大学姜忠义课题组:HOF混合基质膜用于高效CO2分离

近日,期刊《纳微快报》(Nano-Micro Letters, IF: 23.655)发表了题目为“Engineering HOF?-Based Mixed-Matrix Membranes for Efficient CO2Separation”的学术论文.该论文第一作者为天津大学博士生王雨寒,通讯作者为天津大学潘福生研究员、姜忠义教授.《Nano-Micro Letters》是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平研究成果.

图1 HOF混合基质膜结构和功能示意图

随着“双碳”目标推进,膜法碳捕集技术开发成为国内外研究热点.膜材料是高效膜分离的关键.近年来,氢键有机框架(Hydrogen-bonded organic framework,HOF)作为由有机或金属-有机构建单元通过分子间的氢键相互连接而形成的框架材料,已发展成为一类独特的晶态多孔材料.HOF材料具有合成条件温和、结晶度高、溶液可加工、易修复和再生等特点,有望开发成为一种先进的膜材料.

本研究将HOF作为填料与Pebax高分子混合制备新一代HOF混合基质膜,用于高效CO2分离.HOF-21框架孔道通过氢键和配位键构筑,孔径为0.35 nm.基于胺调控框架组装过程,开发HOF-21纳米颗粒合成方法,改善填料-高分子的界面相容性.HOF-21具有丰富的化学功能位点和连续的氢键网络,起到促进传递作用.所制备的HOF-21混合基质膜表现出优异的分离性能,膜渗透率高于750 Barrer,对CO2/CH4和CO2/N2的选择性分别为～40和～60,超过了2008年Robeson上限.本工作为先进膜材料开发提供借鉴和启发.

本工作受国家重点研发计划 (2021YFB3802200); 国家自然科学基金项目(U20B2023, 22208238, U1732120)的资助.