近日，中國科學院大連化學物理研究所無機膜與催化新材料研究組研究員楊維慎、副研究員班宇杰團隊，制備出致密、穩(wěn)定的異質晶格共生型(hetero-lattice intergrown，HLI)金屬-有機骨架(metal-organic framework，MOF)膜，可實現(xiàn)多元醇與水高效分離，獲得聚合級乙二醇，與傳統(tǒng)減壓精餾相比，可節(jié)省能耗約32%，具備工業(yè)應用前景。
乙二醇等短鏈多元醇是重要的化工原料，工業(yè)上主要以水合環(huán)氧乙烷和生物質轉化路線制備得到，其粗產(chǎn)品中含有大量水。滲透氣化膜分離技術有望實現(xiàn)乙二醇與水的高效分離，但要求膜具備高度致密和穩(wěn)定的微結構，以應對嚴苛的液相分離環(huán)境。目前，MOF膜的發(fā)展為高效化工分離帶來機遇，卻多應用于溫和場景下的氣體分離。
基于上述問題，科研團隊選取兩種不同晶格的MOF材料——MIL-53(Al)和amino-MIL-101(Cr)，運用分步模塊化學策略，構建出致密、穩(wěn)定的HLI膜。研究首先在氧化鋁陶瓷載體表面構筑棒狀MIL-53(Al)陣列基層，再通過二次溶液生長，使amino-MIL-101(Cr)納米粒子嵌入MIL-53陣列間隙;采用高分辨掃描、透射電子顯微技術與二維拓撲模擬研究發(fā)現(xiàn)，兩種材料在特定化學環(huán)境下的生長互補以及異質晶格間的緊密連接，是獲得致密且穩(wěn)定HLI結構的關鍵。
研究發(fā)現(xiàn)，HLI膜呈現(xiàn)優(yōu)異的乙二醇脫水分離性能，連續(xù)運行675小時性能保持不變;可耐受反復的超聲波沖擊，10余次處理性能無衰減;可承受6bar的高壓氣體。經(jīng)過工業(yè)路線設計模擬，利用HLI膜滲透氣化技術進行乙二醇脫水精制，其能耗與傳統(tǒng)減壓精餾技術相比，降低約32%。
相關研究成果以Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading為題，發(fā)表在《德國應用化學》上，并被選為Hot Paper。研究工作得到國家自然科學基金創(chuàng)新群體項目的支持。
