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18
2026
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03
膜技术前沿|天津大学王志教授团队AM：荷正电聚合物刷MOFs用于气体分离膜工业规模制造
作者：
高性能气体分离膜的规模化制造是实现**气体分离与纯化的关键。混合基质膜（MMMs）的规模化制造在很大程度上受限于纳米填料在快速、非平衡加工条件下的分散不稳定性，该特性*易导致加工过程中产生不可控的填料团聚与多尺度界面缺陷。鉴于此，本文提出一种通用的“预占位-后激活”（POPA）策略，用于构建荷正电聚合物刷金属-有机框架（MOFs）材料。该策略赋予纳米填料双重稳定机制：一方面，利用静电-空间位阻效应确保其静态分散稳定性；另一方面，利用氢键驱动的界面互锁机制保证其在工业加工过程中的动态稳定分散。这两种机制的协同作用，确保了纳米填料在超薄选择层中实现无缝集成。基于自主设计建造的工业规模卷对卷刮涂生产线，**实现了幅宽~1m的MOF基耐压CO2分离混合基质复合膜（MMCMs）的规模化连续制造，所制膜及膜组件在天然气脱碳与燃烧后碳捕集等工业相关压力条件下展现出优异的分离性能。该工作突破了MMCMs规模化制造的关键瓶颈，标志着基于MOF的**、低能耗膜分离技术从实验室创新向实际工业应用迈出了关键一步。
2026年3月6日，该工作以“Positively Charged Polymer-Brush MOFs for Large-Area, Pressure-Resistant Gas Separation Membranes”为题发表在《Advanced Materials》期刊上。天津大学博士研究生 杨毅、助理研究员 原野、天津工业大学研究员 孙玉绣为本文的共同第一作者，天津大学王志与天津工业大学乔志华、昆士兰大学侯经纬、加利福尼亚大学圣芭芭拉分校Anthony K. Cheetham为本文共同通讯作者。
本文亮点
针对阻碍MMCMs规模化制造的“非平衡加工诱导填料失稳”难题，提出一种通用的“预占位-后激活”（POPA）策略，开发出一类兼具静态分散和动态加工稳定性的荷正电聚合物刷MOF材料。该类填料不仅能通过静电-空间位阻效应保持优异的静态分散稳定性，还能在面对快速溶剂蒸发引起的强对流扰动时，通过氢键驱动的界面互锁机制实现对多重聚集诱导力的自适应抵抗，确保其连续成膜过程中的动态稳定分散。
开发MMCMs规模化制造工艺，自主设计并建造工业规模卷对卷刮涂生产线。**次实现了宽幅~1米的耐压CO2分离MMCMs的规模化制造，系统验证了所制膜及膜组件在天然气脱碳与燃烧后碳捕集等工业相关压力条件下的分离性能。
基于两级膜分离工艺的技术经济评估显示，在相同分离目标下，规模化所制MMCMs相较于已报道实验室膜，能够将所需膜面积降低一个数量级以上，这充分展示了其在天然气脱碳及燃烧后碳捕集领域的巨大应用潜力。
总结与展望
总体而言，为解决混合基质膜规模化制备过程中长期面临的挑战——即纳米填料的静态分散稳定性与连续加工过程中快速、非平衡成膜动力学之间的根本性失配问题。本研究开发了一种通用的POPA策略，成功构筑了一类新型荷正电聚合物刷MOF材料。基于这种具备双重稳定机制的MOF填料，我们**实现了幅宽~1m的MOF基耐压CO2分离MMCMs的工业规模连续稳定制造，并系统展示了其优异的分离性能。此外，卷式膜组件的成功制备与性能验证，进一步凸显了其实际应用潜力。这项工作不仅突破了气体分离MMCMs规模化制造的关键瓶颈，更代表了膜材料从实验室规模的静态间歇制备向工业化动态连续制造的根本性范式转变。通过攻克规模化制造中的关键瓶颈，本研究为**能源气体纯化和燃烧后碳捕集提供了一种切实可行的解决方案。重要的是，它标志着基于MOF的低能耗膜分离技术从实验室创新向实际工业应用迈出了关键一步。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/_dr4et1dN1b-M8QSxNvQzA
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