我国学者在金属有机框架纳米片分离膜方面取得进展

　　

图 (A) SEEDS/PVDF的表面SEM图像；(B) MOF-NS/PVDF的表面SEM图像；(C) PDMS/MOF-NS/PVDF的表面SEM图像；(D) MOF-NS纳米片的晶体结构(HR-TEM图像和传质通道)；(E) MOF-NS/PVDF膜经PDMS滴涂修复后的表面水接触角；(F) PDMS/MOF-NS/PVDF膜的乙醇-水分离性能

　　在国家自然科学基金项目（批准号：21736001）资助下，北京理工大学赵之平教授团队在金属有机框架（MOF）纳米片分离膜方面取得新进展，相关研究成果以“高柔性超疏水MOF纳米片膜实现超快醇-水分离（Highly flexible and superhydrophobic MOF nanosheet membrane for ultrafast alcohol-water separation）”为题，于2022年10月21日在《科学》（Science）上发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5680。

　　分离过程是化学工业中能耗、投资、成本最集中的环节，在能源、环境、食品和生物医药等领域也同样不可或缺。渗透汽化膜分离比传统膜分离技术节能30～60%，在支撑我国可持续发展和实现“双碳”目标过程中发挥着重要的作用。突破分离膜在渗透性和选择性之间存在的“trade-off”博弈效应，研发高性能分离膜是膜科学技术领域的重要命题。赵之平教授团队提出了一种在聚偏氟乙烯（PVDF）基底中包埋ZIF-8晶种（SEEDS）进而通过表面晶体诱导生长法精确构筑MOF纳米片（MOF-NS）膜的构想，并以聚二甲基硅氧烷（PDMS）修复纳米片间分子尺度的缺陷，在聚合物基底表面实现了高柔性超疏水MOF膜（PDMS/MOF-NS/PVDF）的层次构建，解析了纳米片的晶体结构及其内部的传质通道，揭示了PDMS与MOF-NS层在分离过程中的协同机制，制备了柔性MOF膜，为规模化制备和应用提供了理论依据和技术支撑。