本项创新技术介绍了一种新型高弹性MOF复合膜,该膜由柔性聚合物基底层和覆盖其上的MOF膜层构成。该复合膜以其卓越的柔韧性和性能,为相关领域提供了一种高效的解决方案。
背景技术
二氧化碳(CO2
)作为主要的温室气体之一,其过度排放对生态环境产生了严重影响,致使全球变暖、海平面上升、极端天气事件频发等问题。碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是减少二氧化碳排放的关键技术之一,其中高效的碳捕集技术是减少碳排放和CO2
进一步转化利用的前提和基础。目前工业应用成熟的CO2
捕获技术主要有物理吸附、化学吸收和膜分离技术。然而,物理吸附技术需要吸附剂再生,吸附容量和选择性较低;而化学吸收技术具有能耗高、设备腐蚀性大等问题。与上述传统技术相比,新型膜分离技术具有能耗低、占地面积小、适用于各种处理规模等优点,在CO2
分离领域具有巨大的应用潜力。然而,现有膜材料普遍存在渗透性和选择性不可兼得的权衡效应,限制了其工业应用。因此,亟需开发高性能CO2
分离膜材料以提高膜法碳捕集的市场竞争力。
金属有机框架(MOF)材料具有高孔隙率、可调孔径、功能化拓扑结构等特点,被认为是制备高性能CO2
分离膜最有前景的材料之一。Hou等人通过快速电流驱动合成法(FCDS),在阳极氧化铝基膜上制备了ZIF-7-8膜,对CO2
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二元混合物具有优异的分离性能(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,327-331)。Zhang等人通过二次生长法,在阳极氧化铝基膜上制备了高度定向的ZIF-8膜,具有良好的CO2
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分离性能(J.Membr.Sci.2022,641,119915)。专利CN202110544809.0公开了一种在无机基底通过晶体辅助的超临界流体技术制备MOF膜的方法及其气体分离的应用。
上述研究为CO2
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分离用MOF膜的制备与应用发展做出了积极贡献。然而,这些MOF膜大多制备于刚性无机基底上,存在膜放大制备难度大、膜组件加工制作灵活性差的技术瓶颈。聚合物微孔膜具有机械强度高、易于扩展等优势,已被广泛用作渗透汽化、纳滤、反渗透膜材料的基底。然而,受两者显著的物化性质差异影响,在柔性聚合物基底制备具有连续传输通道(高渗透性)高度共生(高选择性)的超薄且无缺陷MOF膜依然是一项巨大的挑战。因此开发简便、有效的制备高柔性MOF膜方法具有重要的研究意义和应用价值。
实现思路