2023年5月11日，《自然·材料》（Nature Materials, IF: 47.656）发表了赢博手机版,赢博手机版(中国)仲崇立/乔志华教授团队与天津大学、剑桥大学等单位合作完成的学术论文《ZIF-62 glass foam self-supported membranes to address CH4/N2 separations》（Z. Yang#, Y. Belmabkhout#, L. N. McHugh#, D. Ao,Y. Sun, S. Li, Z. Qiao*, T. D. Bennett, M. D. Guiver*, C. Zhong*,Nat. Mater., 2023, DOI: 10.1038/s41563-023-01545-w）。
据悉，自支撑晶态MOF膜难以制备，而传统的MOF玻璃膜孔道不发达，气体通量较低，限制了其工业应用。仲崇立教授团队的研究成果创制出一类被称为“MOF玻璃泡沫”的新型膜材料，在具有发达孔道的同时，保留了材料的超微孔特性，可兼具高分离选择性和超高气体通量，同时拥有泡沫和玻璃的优点并具有良好的机械性能，展现出广阔的工业应用前景。
本研究提出了“聚合物热分解辅助的MOF熔融”策略，制备出厚度在200到330 µm的自支撑MOF玻璃泡沫膜。通过调控聚合物的分子量等参数，使ZIF-62熔融先于聚合物分解发生。随后，聚合物热分解产生的气体分子脱附，产生大量的泡沫结构，最终形成孔道结构发达且富含金属空位的自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜（图1）。
图1、自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜形成过程示意图
CH4/N2是一种看似简单但物化性质极其接近的难分离体系，作为石化行业最重要、最耗能的分离过程之一，目前主要采用低温精馏技术。膜分离为新型高效节能分离技术，有望在该方面发挥重要作用。本研究制备的自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜具有丰富的金属空位，强化了CH4吸附作用，在保持CH4/N2高选择性的同时（图2），气体通量较现有膜材料提高约两个数量级（30,000~50,000 GPU），工业应用前景十分广阔。目前，该成果形成的专利技术已实现转让，正在进行工程放大研究。
图2、自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜高倍透射电镜图及CH4/N2分离性能对比图
本研究的三位共同第一作者分别为赢博手机版,赢博手机版(中国)材料科学与工程学院博士生杨紫博、穆罕默德六世大学Belmabkhout教授和剑桥大学McHugh博士，乔志华研究员、M. D. Guiver教授（天津大学）和仲崇立教授为共同通讯作者，受到国家重点研发项目（2021YFB3802200）和国家自然科学基金重点、专项、面上项目（22038010，22141001，21875161和22122810）资助。
（审稿：化学工程与技术学院 阮艳莉 编辑：党委宣传部 胡敏）
图片来源：化学工程与技术学院
