近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無(wú)機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員、班宇杰副研究員（第十一批會(huì)員）團(tuán)隊(duì)制備出致密、穩(wěn)定的異質(zhì)晶格共生型（hetero-lattice intergrown, HLI）金屬-有機(jī)骨架（metal-organic framework, MOF）膜，可實(shí)現(xiàn)多元醇與水高效分離，獲得聚合級(jí)乙二醇，與傳統(tǒng)減壓精餾相比可節(jié)省能耗約32%，具備工業(yè)應(yīng)用前景。 乙二醇等短鏈多元醇是重要的化工原料，工業(yè)上主要以水合環(huán)氧乙烷和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化路線制備得到，其粗產(chǎn)品中往往含有大量水。滲透氣化膜分離技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)乙二醇與水的高效分離，但要求膜具備高度致密和穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的液相分離環(huán)境。MOF膜的發(fā)展為高效化工分離帶來(lái)機(jī)遇，但目前多應(yīng)用于溫和場(chǎng)景下的氣體分離。 
基于上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)選取兩種不同晶格的MOF材料——MIL-53（Al）和amino-MIL-101（Cr），通過(guò)分步模塊化學(xué)策略，成功構(gòu)建了致密、穩(wěn)定的HLI膜。團(tuán)隊(duì)首先在氧化鋁陶瓷載體表面構(gòu)筑棒狀MIL-53（Al）陣列基層，再通過(guò)二次溶液生長(zhǎng)，使amino-MIL-101（Cr）納米粒子嵌入MIL-53陣列間隙；通過(guò)高分辨掃描、透射電子顯微技術(shù)與二維拓?fù)淠M發(fā)現(xiàn)，兩種材料在特定化學(xué)環(huán)境下的生長(zhǎng)互補(bǔ)，以及異質(zhì)晶格間的緊密連接，是獲得致密、穩(wěn)定HLI結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。 研究發(fā)現(xiàn)，HLI膜呈現(xiàn)優(yōu)異的乙二醇脫水分離性能，連續(xù)運(yùn)行675小時(shí)性能保持不變；可耐受反復(fù)的超聲波沖擊，10余次處理性能無(wú)衰減；可承受6bar的高壓氣體。經(jīng)過(guò)工業(yè)路線設(shè)計(jì)模擬，通過(guò)HLI膜滲透氣化技術(shù)進(jìn)行乙二醇脫水精制，其能耗與傳統(tǒng)減壓精餾技術(shù)相比，降低約32%。 相關(guān)工作以“Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading”為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為“Hot Paper”。該工作的第一作者是大連化物所504組博士研究生王悅誠(chéng)。以上工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目，中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助的支持。 文章鏈接
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