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          中國學者利用化學氣相沉積法制備分離膜,開發下一代碳材料膜

          欄目:行業資訊 發布時間:2022-10-26
          DeepTech深科技9月26日訊:“我認為本工作最令人激動的發現,是我們實現了一種制備超薄分離膜的新方法。借助該方法,可通過單體的化學設計和反應條件的控制,實現在分子水平上對膜結構的精確調控,包括孔道尺寸、形狀、化學官能團等?!蹦暇┕I大學博士畢業生、沙特阿卜杜拉國王科技大學先進膜和孔材料研究中心博士后申杰表示。

          近日,其導師韓宇教授和合作者,制備出一種高通量、高選擇性的超薄分子尺度分離膜。其中一位審稿人做了提綱挈領的評價:“作者設計了全新的碳材料膜,相比已有的二維材料膜,該膜具有更規整的亞納米尺寸孔道結構,并展現超高的水和離子分離性能?!?/span>

          而將該分離膜用于水和離子分離,還只是一個開始??梢灶A見的是,未來會有更多超薄膜可以通過這一方法被設計和制備,從而為開發高效膜材料、以及讓其用于氣體分離、有機物分離、離子分離等提供全新的平臺。

          同時,該團隊也借此展示了一種新策略:即利用化學氣相沉積法來制備超薄的共軛聚合物框架膜,從而讓規整亞納米通道的精確構筑成為現實。

          由于該分離膜具備高通量、高選擇性的水脫鹽性能,故可給開發下一代碳材料膜,以用于分子尺度精準分離帶來新思路。

          該團隊預想,該分離膜有望首先在水處理領域實現應用。例如,在壓力驅動的納濾或反滲透過程,該膜適用于較低操作壓力 <13bar 下的水脫鹽過程。

          相比商業化的納濾膜,在壓力驅動下該分離膜具備相近的水滲透速率,但是離子截留率可由 ~35.6% 提升至 ~83%。對于尺寸在 1nm 左右的二價鹽離子和染料分子,其截留率高至 99.1%。

          基于其由濃度差驅動的正滲透過程,可將該分離膜用于食品行業如果汁濃縮[1],在農業系統可用于化肥液稀釋和灌溉等。也可以將該膜與高壓反滲透、膜蒸餾等膜過程進行集成,從而降低工業過程能耗。

          近日,相關論文以《超薄有序共軛聚合物骨架膜的水傳輸和分子篩分》(Fast water transport and molecular sieving through ultrathin ordered conjugated-polymer-framework membranes)為題發在 Nature Materials 上[2]。

          對于接下來的研究計劃,作者表示:“基于實際應用的角度,我們正在開展如何改善抗膜污染、膜的機械性質、以及化學穩定性等研究,以期為膜的規?;瘧玫於ɑA。其次,我們下一步將采用卷對卷化學氣相沉積法開展膜的連續化、大面積生產的方法研究?!?/p>

          而在基礎研究方面,其將從單體分子出發,對膜孔結構、表面化學性質、半導體性質等進行精準設計,從而面向更廣泛的應用體系,包括氣體分離、離子篩分、單分子傳感、生物電子界面等。

          (本刊有刪節)


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