新一代高效膜分離材料問(wèn)世

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心、納米科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的研究人員制備出具有剛性分子骨架的自組裝多孔薄膜，可用于高效分離有機(jī)小分子。
　　化學(xué)工業(yè)中用于分離和純化的能源消耗占據(jù)了全部能源消耗的一半。因此，開(kāi)發(fā)低能耗、高效的分離純化技術(shù)將極大降低能源消耗。膜分離技術(shù)在水純化或者海水脫鹽方面已經(jīng)有了很成熟的應(yīng)用，但在有機(jī)體系的應(yīng)用相對(duì)滯后，這是因?yàn)榇蟛糠謧鹘y(tǒng)的一維聚合物材料在有機(jī)溶液中不穩(wěn)定。而且傳統(tǒng)一維聚合物薄膜沒(méi)有永久性孔，導(dǎo)致分離速度非常低下。
　　為同時(shí)解決高穩(wěn)定性、高溶劑通量及高選擇性的問(wèn)題，研究人員選擇了具有剛性骨架的自組裝多孔聚合物材料。這種材料的三維全共軛結(jié)構(gòu)使其不溶于任何溶劑，且具有很高的熱穩(wěn)定性，剛性骨架支撐起豐富的自組裝微孔，有利于溶劑傳輸，還可通過(guò)化學(xué)手段對(duì)孔結(jié)構(gòu)或尺寸進(jìn)行調(diào)控。
　　然而這種材料的三維剛性結(jié)構(gòu)在解決了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，其不溶特性也同時(shí)造成材料成膜困難。因此，如何獲得高質(zhì)量的薄膜是解決這類(lèi)材料在膜分離領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。受一維聚合物表面聚合的啟發(fā)，研究人員在SiO2表面修飾初始聚合位點(diǎn)后進(jìn)行表面聚合反應(yīng)，通過(guò)精細(xì)控制表面修飾及聚合反應(yīng)條件，獲得了平方厘米級(jí)的無(wú)缺陷薄膜并成功轉(zhuǎn)移至超濾膜多孔支撐層。分子截留測(cè)試表明，其對(duì)有機(jī)溶劑具有極高的穩(wěn)定性，在同等選擇性基礎(chǔ)上，過(guò)濾速度較目前商用的一維柔性聚合物薄膜高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，有望成為新一代高效膜分離材料。