新型多孔材料有望替代活性炭

昨日從浙江省科技廳獲悉，在浙江省自然科學(xué)基金支持下，中科院寧波材料所陳亮課題組承擔(dān)的新型雜化金屬有機骨架材料設(shè)計及其電子結(jié)構(gòu)與構(gòu)效關(guān)系研究項目取得了重大突破，開發(fā)的新型多孔材料憑借性能上的卓越優(yōu)勢，有望在氣體吸附、分離等領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的活性炭材料。
　　眾所周知，活性炭材料因表面積大具有良好的吸附能力，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中，如吸附甲醛、凈化空氣、處理廢水等。陳亮課題組開發(fā)的新型金屬-有機骨架材料，具有更高的比表面積和可調(diào)節(jié)的孔徑結(jié)構(gòu)，在氣體吸附、存儲、分離、催化及傳感等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。課題組在對該材料金屬位點進行過渡金屬摻雜改性后，在國際上首次將其與有機硅合成雜化膜材料。基于該技術(shù)，中科院寧波材料所與贏創(chuàng)德固賽(中國)開展項目合作，聯(lián)合成立了石油和化工行業(yè)膜法CO2分離技術(shù)工程研究中心，由陳亮擔(dān)任該中心技術(shù)委員會主任。
　　據(jù)陳亮介紹，比表面積是評價多孔材料吸附性能好壞的一個非常重要的參數(shù)，比表面積越大，意味著材料的吸附能力越強。單從比表面積來對比，1克新型金屬有機框架材料最高達7000多平方米，而作為典型的多孔材料，優(yōu)質(zhì)活性炭的比表面積約2000平方米/克，普通活性炭僅僅有幾百平方米/克。
　　陳亮表示，相比于顆粒狀的多孔吸附材料，將金屬有機骨架材料與有機硅制備成雜化膜更有應(yīng)用前景。例如在頁巖氣提純工藝中，篩分效應(yīng)往往被用于甲烷與二氧化碳的分離，雜化膜能夠充分利用二氧化碳和甲烷分子直徑不同的特點，通過控制多孔材料孔徑對兩者進行分離。而作為該項成果的最大創(chuàng)新點，金屬有機骨架材料與有機硅制備的雜化膜厚度十分“薄”，僅為50~150納米，從而保證了氣體透過性好、效率高，相比于傳統(tǒng)的變壓吸附等氣體分離技術(shù)，極大的節(jié)約了能耗，降低了工藝復(fù)雜度。