中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所制備出具有高丁醇透量的超薄硅橡膠膜

2025-05-08 11:49:23中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所閱讀量：15410      我要評論

　　近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無機(jī)膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員、班宇杰研究員等利用“競爭性界面溶解-交聯(lián)”方法，制備出厚度小于10 nm的硅橡膠膜。該膜對1.0 wt.%丁醇水溶液(模擬生物發(fā)酵液濃度)的富集濃縮倍數(shù)達(dá)14倍，液體總滲透量達(dá)到110 kg m-2 h-1，性能較現(xiàn)有報(bào)道的丁醇富集膜提升1至2個數(shù)量級。

　　生物丁醇由可再生生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化得到，能量密度接近汽油，是具有替代潛力的關(guān)鍵性生物燃料。然而，生物丁醇常與水共存，濃度極低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2%)。以常規(guī)滲透氣化脫水膜濃縮丁醇需較大膜面積且效率低，解決這一難題的有效途徑是通過膜材料設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水中低濃度丁醇優(yōu)先、快速滲透富集。

　　
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)致力于制備超薄、親有機(jī)硅橡膠膜材料。有別于傳統(tǒng)體相溶液交聯(lián)-刮涂的制膜過程，研究人員首先將線性聚硅氧烷吸附擔(dān)載于多孔氧化鋁載體納米孔隙內(nèi)，形成厚度約12微米的支撐液膜，后將其浸沒于交聯(lián)劑溶液中觸發(fā)界面反應(yīng)，利用線性聚合物溶解剝落和表面交聯(lián)固化的競爭性平衡效應(yīng)，制備出膜層厚度僅為10 nm，且完全限制在載體納米孔隙中的硅橡膠膜，顯著降低擴(kuò)散傳質(zhì)阻力。與此同時，載體納米粒子與膜層的相互依附關(guān)系塑造了非均質(zhì)、極粗糙膜表面，大幅提升丁醇在膜表面的釘扎吸附。上述快速擴(kuò)散-釘扎吸附的協(xié)同作用是促進(jìn)丁醇分子滲透富集的關(guān)鍵。在相同的丁醇濃縮水平和產(chǎn)能條件下，所需膜面積較現(xiàn)有報(bào)道減少67%至97%，有望降低分離成本。

　　相關(guān)工作以“Nanoconfined Ultrathin Polymer Membrane for Ultrafast Separation of Biobutanol from Water”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所504組博士研究生劉嘉懿。以上工作得到我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目支持。

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