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13
2026
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纳米限域离子液体膜，实现高通量与高选择性的可规模化CO₂捕集新方案
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背景
随着全球能源消耗的持续增长，二氧化碳（CO₂）排放已成为引发气候变化的主要因素。如何高效、低能耗地从燃气烟道或天然气中捕集CO₂，是实现碳中和的关键环节。传统聚合物膜因易加工、成本低而广受关注，但长期受限于“通量–选择性权衡”（Robeson上限），难以在高通量与高选择性间取得平衡。近年来，离子液体支撑膜（SILM）因具备可调化学结构、高CO₂溶解度和优异热稳定性而成为新兴方向。然而，SILM在工业应用中依然存在液体泄漏、机械稳定性差等问题，导致性能衰退与寿命短，成为技术瓶颈。
创新
近日，美国布法罗市布法罗大学于淼教授团队提出了一种可规模化制备的纳米限域离子液体膜（NCIL膜），在结构设计、性能与稳定性上实现三重突破。
限域结构设计：采用单壁碳纳米管（SWCNT）构筑出超薄（约10 nm）、均一且开放的纳米限域网络，在保持高通量通道的同时强力固定离子液体，实现液体长期稳态存在。
高选择性载体引入：将氨基酸型离子液体[Emim][Gly]填充至SWCNT网络中，既作为CO₂可逆化学载体促进快速传输，又通过其黏化作用增强界面稳定性。
性能突破：NCIL膜实现了CO₂渗透率高达1654 GPU、CO₂/N₂选择性达1132的**未有水平，并在高温、高湿及30 bar压力下稳定运行超过100小时。更重要的是，75 cm²规模化中空纤维膜在模拟天然气烟气（CO₂含量4.2%）中实现一步富集至98%，展示出实际工程可行性。
意义
该研究为CO₂捕集膜技术的发展提供了新的范式：
科学意义：揭示了纳米限域结构–离子液体–气体载体之间的协同机制，证明通过精确限域设计可同时提升膜的通量与选择性，打破传统“权衡定律”。
技术意义：通过可溶液加工、可规模化制备的碳纳米管网络，NCIL膜实现了SILM从实验室概念向工业应用的关键跨越。
应用前景：该膜体系兼具高效、稳定与可扩展性，为低碳燃气净化、碳捕集利用（CCUS）与工业气体分离提供了可持续解决方案，也为将溶剂吸收过程转化为膜分离过程提供了可行路径。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/9y48I6-xP6BcKNJAwtoK1Q?scene=1&click_id=1
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