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新一代高效膜分离材料问世

人气: 时间:2018-08-02 07:45 来源:中国化工报 作者:

  

   近日,中国科学院国家纳米科学中心、纳米科学卓越创新中心的研究人员制备出具有刚性分子骨架的自组装多孔薄膜,可用于高效分离有机小分子。

  化学工业中用于分离和纯化的能源消耗占据了全部能源消耗的一半。因此,开发低能耗、高效的分离纯化技术将极大降低能源消耗。膜分离技术在水纯化或者海水脱盐方面已经有了很成熟的应用,但在有机体系的应用相对滞后,这是因为大部分传统的一维聚合物材料在有机溶液中不稳定。而且传统一维聚合物薄膜没有永久性孔,导致分离速度非常低下。

  为同时解决高稳定性、高溶剂通量及高选择性的问题,研究人员选择了具有刚性骨架的自组装多孔聚合物材料。这种材料的三维全共轭结构使其不溶于任何溶剂,且具有很高的热稳定性,刚性骨架支撑起丰富的自组装微孔,有利于溶剂传输,还可通过化学手段对孔结构或尺寸进行调控。

  然而这种材料的三维刚性结构在解决了结构稳定性的同时,其不溶特性也同时造成材料成膜困难。因此,如何获得高质量的薄膜是解决这类材料在膜分离领域应用的关键。受一维聚合物表面聚合的启发,研究人员在SiO2表面修饰初始聚合位点后进行表面聚合反应,通过精细控制表面修饰及聚合反应条件,获得了平方厘米级的无缺陷薄膜并成功转移至超滤膜多孔支撑层。分子截留测试表明,其对有机溶剂具有极高的稳定性,在同等选择性基础上,过滤速度较目前商用的一维柔性聚合物薄膜高出两个数量级,有望成为新一代高效膜分离材料。