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打破垄断!我国实现选择性分离膜的精密构筑

2021-09-10 科技日报

记者从中国科学技术大学获悉,该校徐铜文教授团队构筑了一种亚2纳米共价有机框架(COFs)膜,并表现出较高的一价阳离子渗透速率和极低的二价阳离子透过率,实现了高效的离子传输与分离。

  科技日报记者 吴长锋

  记者从中国科学技术大学获悉,该校徐铜文教授团队构筑了一种亚2纳米共价有机框架(COFs)膜,并表现出较高的一价阳离子渗透速率和极低的二价阳离子透过率,实现了高效的离子传输与分离。研究成果日前发表在国际著名期刊《先进材料》上。

  针对节能减排和传统产业转型升级等国家重大需求,离子分离技术的进步对于化学工业生产的可持续发展具有重要意义。目前,国内一/二离子选择性分离膜仍处于实验试制阶段,还没有真正实现规模化批量制备,而日本等发达国家一直对中国进行技术封锁和价格垄断。

  自2011年开始,徐铜文教授团队在一/二价离子选择性分离膜开发、传质机理研究和分离应用等方向开展了深入研究,构筑了具有自主知识产权的产品体系,为离子选择性分离膜的规模化制备和产业化积累了丰富的经验。为了进一步研究亚2纳米通道壁面化学环境对于离子传质与分离性能的影响,团队通过界面生长策略构筑具有一维垂直贯通亚2纳米通道的超薄COFs膜,利用氮气和空气氛围中的升温红外表征,证明了通道内氢键位点能与水分子形成氢键相互作用。构筑的COFs膜表现出较高的一价阳离子渗透速率和极低的多价阳离子透过率,实现了高的离子选择性。

  该研究成果表明,构建具有丰富氢键位点的COFs多孔膜,在保持离子渗透速率的同时,能显著提高离子选择性,不但为离子在亚2纳米受限空间中的传输机制提供了理论基础,同时也为聚合物基离子选择性分离膜的结构设计与调控提供了理论指导。

  据悉,在系列研究成果的基础上,研究团队开发出具有自主知识产权的高性能离子选择性分离膜一次性成型制备工艺,已实现一/二离子选择性分离膜中试膜产品制备,在系列典型混合离子体系均展现优异的分离效果。

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