科學家“組裝”出高效乙二醇脫水分離膜
乙二醇是一種重要的化工原料，工業制備的粗產品中往往含有大量水。近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員楊維慎、副研究員班宇杰團隊制備出致密、穩定的異質晶格共生型金屬-有機骨架（MOF）膜，實現多元醇與水的高效分離，獲得聚合級乙二醇，與傳統減壓精餾相比節省約1/3的能耗，具有廣闊的工業應用前景。相關研究發表在《德國應用化學》上，并被選為熱點文章。
多孔膜分離一直被視為有潛力的分離技術，MOF膜的不斷發展為高效分離帶來新機遇。目前，MOF膜多用于溫和環境下的氣體分離。“液相分離要求膜高度致密且具備穩定的微結構，否則將難以實現精確的分子級別篩分。”楊維慎說。
研究中，團隊選取兩種不同晶格的MOF材料——MIL—53（Al）和amino—MIL—101（Cr），通過分步模塊化學策略，首先在氧化鋁陶瓷載體表面構筑MIL—53（Al）陣列基層，再通過二次溶液生長，使amino—MIL—101（Cr）納米粒子嵌入MIL—53陣列間隙，成功“織”出致密、穩定的異質晶格共生型MOF膜。
高分辨掃描、透射電子顯微技術與二維拓撲模擬發現，兩種材料在特定化學環境下呈互補式生長，且兩種晶格在微觀世界里緊密連接。進一步的研究發現，異質晶格共生型MOF膜呈現優異的乙二醇脫水分離性能，連續運行675小時性能保持不變；可耐受反復的超聲波沖擊，10余次處理性能無衰減；可承受高壓。“異質晶格共生這套‘組合拳’可以獲得致密、穩定的膜結構，也讓我們看到MOF膜在較為復雜、嚴苛分離環境下的應用前景和曙光”。楊維慎說。
經工業路線設計模擬，異質晶格共生型MOF膜滲透氣化技術實現乙二醇脫水精制，其能耗與傳統減壓精餾技術相比，降低約1/3。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202114479
