新型納米多孔膜可高效分離氣體

英國劍橋大學的科學家最近發(fā)明了一種新的納米多孔膜材料,可以顯著提高膜的選擇性,其滲透性比傳統(tǒng)的商業(yè)化分離膜高100～1000倍。

氣體膜分離技術(shù)可根據(jù)各種氣體分子的不同滲透性,實現(xiàn)低能耗的選擇性分離,傳統(tǒng)氣體分離膜材料的滲透性和選擇性相互制約,因而亟待開發(fā)新型高性能膜分離材料。微孔有機聚合物是近年來新研發(fā)的納米多孔材料,在氣體存儲、吸附、分離和催化等應用領(lǐng)域極具潛力,其中,自聚微孔聚合物可以用常見的有機溶劑溶解,容易加工處理成任意形狀,具有廣闊的應用前景。該類聚合物具有剛性而且扭曲的基團結(jié)構(gòu),可以避免高分子鏈緊密堆積,從而形成大量相通的微孔和超微孔。

理想的分離膜就像篩子一樣,小的氣體分子可以快速濾過,大的分子被截留。微孔有機聚合物的孔徑分布較寬,氣體分離的選擇性受到限制。劍橋大學的研究團隊采用自聚微孔有機聚合物制備成薄膜,通過紫外光輻照,引發(fā)膜表面的聚合物氧化,促使鏈緊密排列、孔徑變窄。研究人員測試了該合成膜對于氫氣、二氧化碳、氧氣、氮氣和甲烷等工業(yè)氣體的分離特性,發(fā)現(xiàn)膜的選擇性接近或高于傳統(tǒng)氣體分離膜材料,滲透性比目前工業(yè)用膜材料高100～1000倍。

此項研究有望開發(fā)出更好的膜材料和應用技術(shù),在中國燃煤發(fā)電行業(yè)有著特別重要的應用前景,比如用于大規(guī)模空氣分離制氧實現(xiàn)煤的富氧清潔燃燒,以及燃煤電站煙氣二氧化碳分離、捕集等過程。

(摘編)