新型薄膜几乎“无厚度”,轻松分离差异0.04纳米
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用相当于蝉翼厚度千分之一的薄膜材料,将大小差异仅为0.04纳米的氢气和二氧化碳分子筛选分离,这一技术为中国科学家首先攻破。
12月12日出版的《科学》杂志发表了相关论文。

氢气和二氧化碳的分离是氢能生产和二氧化碳捕获中的关键步骤,利用选择性的膜材料,实现二者分子水平的分离,是工业界长期的梦想。

科技日报的记者从中科院获悉,近期,该院大连化物所杨维慎研究员和李砚硕研究员带领的团队,在国际上首次制备出一种由1纳米厚的纳米片构成的分子筛膜,其厚度仅为蝉翼厚度的千分之一(常规分子筛膜的厚度一般为蝉翼厚度的十倍以上)。
它不仅极薄,而且具有高度规整的“筛眼”,可精确筛分尺寸差异仅为0.04纳米的氢气和二氧化碳分子,从而将后者有效截留。
它的渗透量和分离精度远远超过了文献报道的所有氢气/二氧化碳分离膜。

对于这项工作,德国著名分子筛膜和膜催化科学家卡罗教授认为是分子筛膜领域的一个开创性工作﹔日本著名微孔膜科学家都留教授认为是发展了新一代分子筛膜。

据介绍,研究团队是将沸石咪唑酯骨架ZIF-7纳米粒子进行水热处理,得到具有优异稳定性的二维层状骨架母体材料,结合超低功率湿法球磨与超声分散技术,在国际上首次成功剥离获得了单分子层厚度的金属有机骨架纳米片。
在此基础上,通过热组装方法得到厚度小于5纳米的超薄分子筛膜。
研究人员将纳米片分子筛膜在不同升降温条件和水热条件下做了400小时的稳定性测试,膜性能保持不变。

分子筛膜是一种可以实现分子筛分的新型膜材料,其具有与分子大小相当且均匀一致的孔径、离子交换性能、高温热稳定性能、优良的择形催化性能和易被改性以及具有多种不同的类型与不同结构可供选择,是理想的膜分离和膜催化材料。

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金沙城娱乐中心手机版,氢气和二氧化碳的分离是清洁能源和二氧化碳捕获中的关键步骤,利用选择性膜材料,实现二者分子水平的分离,是工业界长期以来的梦想。对于常规膜材料,均存在渗透通量和分离选择性之间此消彼长的关系。因此,如何同时提高分离膜的渗透通量和分离选择性是学术界的重要挑战。

《膜科学》杂志副主编、美国著名无机膜科学家林跃生教授评价该项研究成果是膜科学领域的一个重要进展;德国著名分子筛膜和膜催化科学家卡罗教授评价该研究是分子筛膜领域的一个开创性工作;日本膜协会主席、著名微孔膜科学家都留教授评价该项研究发展了新一代分子筛膜。

研究人员将一种沸石咪唑酯骨架进行水热处理,得到具有优异稳定性的二维层状骨架母体材料,以甲醇与正丙醇为分散剂,结合超低功率湿法球磨与超声分散技术,在国际上首次成功开层获得了单分子层厚度的金属有机骨架纳米片。在此基础上,通过热组装方法,得到超薄分子筛膜的氢气/二氧化碳分离系数达到200以上,远高于迄今报道的有机和无机膜的氢气/二氧化碳分离性能。该纳米片分子筛膜在不同升降温条件和水热条件下进行了长达400小时的稳定性测试,膜性能保持不变。

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