上科大JACS：双界面工程策略提高混合基质膜的气体分离选择性
Nanoyu
乙烯/乙烷分离是乙烯生产过程中的一个重要步骤，其目前主要通过在精馏塔中进行高压低温蒸馏来完成。膜分离由于其无热分离机理，已被广泛认为是实现高效节能气体分离的一种有前途的替代策略。将膜的分离性能提高到目前聚合物膜所谓的“上限”的一个可行方法是引入含有周期性排列的微孔的多孔填料颗粒。这种复合膜通常被称为混合基质膜（MMMs）。尽管MOF中存在有机成分，但它们与聚合物基体的界面相互作用并不理想。在过去的十年里，人们致力于通过用小分子、金属离子或交联聚合物对MOF基金属基复合材料进行表面改性来改善其界面相互作用。
近日，上海科技大学李涛助理教授报道了一种双界面工程策略，该策略使用20 nm以下的多晶MOF-74壳作为过渡相来设计MOF-聚合物界面。
文章要点
1）壳层MOF的应用将原来的单一界面问题分解为两个界面：MOF−MOF和MOF−聚合物，这两个界面可以单独解决。与传统MOF相比，包含高密度开放金属位置的不均匀MOF-74外壳创造了更大的外表面积，使MOF能够在界面与300%的聚合物相互作用，从而确保良好的界面兼容性。
2）当应用于UIO-66-NH2上时，随着MOF负载量的增加，其混合基质膜的CO2/CH4分离选择性和CO2透过率同时提高，而界面无缺陷。当应用于MOF-801上时，由于MOF-74层的优先孔取向促进了“气体聚焦”，混合基膜的乙烯/乙烷分离选择性高达5.91，比纯聚合物高76%。这是迄今为止报道的最具选择性的乙烯/乙烷分离膜之一。
这种双界面设计方法为增强MMM界面提供了一种通用的解决方案，并将有助于合理设计具有更复杂结构的高性能MMM用于气体分离。
Chunhui Wu, et al, Enhancing the Gas Separation Selectivity of Mixed-Matrix Membranes Using a Dual-Interfacial Engineering Approach, J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI：10.1021/jacs.0c07378
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c07378