目前人類面臨的*大挑戰(zhàn)之一就是減少我們向大氣中排放的溫室氣體。世界各地的研究小組正在嘗試尋找方法，以從工業(yè)工廠和發(fā)電廠排放的氣體混合物中有效分離出二氧化碳（CO 2）。在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的眾多策略中，膜分離是一種有吸引力的廉價(jià)選擇。它涉及使用聚合物膜從氣體混合物中選擇性過濾CO2。
新策略可提高用于過濾工業(yè)排放中二氧化碳的膜的性能
*近的研究集中在向聚合物基質(zhì)中添加少量的金屬有機(jī)骨架（MOF）以增強(qiáng)其性能。MOF是由金屬中心以非常有序的方式鍵合到有機(jī)分子上并產(chǎn)生多孔晶體的化合物。當(dāng)添加到聚合物膜中時(shí)，MOF可以增強(qiáng)其氣體分離性能以及其穩(wěn)定性和對(duì)惡劣條件的耐受性。但是，將MOF集成到聚合物膜中的主要問題之一是找到具有良好相互作用的相容化合物，例如共價(jià)鍵。不幸的是，已經(jīng)嘗試過的那些需要非常昂貴的合成和材料。
為了解決這個(gè)問題，一個(gè)國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)*近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，該研究結(jié)果發(fā)表在ACS Applied Materials＆Interfaces上。在韓國仁川國立大學(xué)的Tae-Hyun Kim教授的帶領(lǐng)下，科學(xué)家們致力于將名為“ UiO-66”的鋯基MOF摻入他們先前開發(fā)的多聚體基質(zhì)中。他們通過修飾MOF使其達(dá)到與聚合物基質(zhì)主鏈容易形成共價(jià)鍵的目的。
科學(xué)家合成了UiO-66-NB，這是一種帶有降冰片烯單元（一種小的有機(jī)分子）的UiO-66。通過簡(jiǎn)單的合成過程，降冰片烯單元可以成為基質(zhì)主要聚合物鏈中的鏈接。這樣，UiO-66-NB中的降冰片烯將MOF摻入基質(zhì)中，正如Kim教授所解釋的：“我們不僅簡(jiǎn)單地將MOF與聚合物摻混，還發(fā)現(xiàn)了一種新的有效方法，可通過以下方法將MOF摻入聚合物基質(zhì)中：共價(jià)鍵；這將增強(qiáng)兩種化合物界面上的相互作用，并產(chǎn)生無缺陷的聚合物基質(zhì)。”
新策略可提高用于過濾工業(yè)排放中二氧化碳的膜的性能
填充MOF的聚合物膜的特性和性能非常出色：提高了其對(duì)CO 2的滲透性，而沒有顯著影響其選擇性。它們的CO 2 / N 2分離性能達(dá)到了2019年的理論Robeson上限。此外，該膜不僅對(duì)高壓或溫度切換等苛刻條件具有顯著的耐受性，而且在將近一個(gè)年。
這些成就是朝著正確方向邁出的一步，旨在消除這些聚合物膜在工業(yè)應(yīng)用中面臨的商業(yè)化壁壘。金教授對(duì)結(jié)果感到興奮，他說：“我們相信我們的發(fā)現(xiàn)將為評(píng)估MOF和聚合物基質(zhì)在高性能氣體分離方面的潛在界面開辟新策略。”
讓我們希望這項(xiàng)技術(shù)不斷發(fā)展，以便我們可以將過量的CO2遠(yuǎn)離大氣！
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