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14
2026
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04
JMS: 打破上限与老化瓶颈, 氢键强化混合基质膜实现丙烯/丙烷分离
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背景
丙烯/丙烷分离因分子尺寸与物性高度相似，一直是气体分离领域的经典难题。当前工业主要依赖低温精馏，能耗巨大，亟需更的替代技术。膜分离虽具低能耗优势，但现有聚合物膜在这一体系中仍面临两大核心限制：一是难以突破“渗透性–选择性”上限，二是长期运行中不可避免的物理老化问题。近年来，混合基质膜（MMMs）通过引入多孔填料被认为是突破性能瓶颈的重要方向，但实际应用中仍存在界面缺陷、填料稳定性差等问题，制约了其进一步发展。
创新
近日，郑州大学郑州大学张亚涛教授团队提出了一种“电性识别+氢键界面工程”协同设计策略，实现性能与稳定性的同步提升：
电性识别机制引入:
选用具有孔道静电特性的MUF-17作为填料，通过孔内电场实现对C₃H₆的选择性识别，避免传统开放金属位点导致的结构不稳定问题；
功能化聚合物基体设计:
采用酰肟化PIM-1（AOPIM-1）作为基体，通过缩小孔径与增强链间作用力，提高本征选择性并抑制老化；
氢键强化界面结构:
酰肟基团与MUF-17之间形成氢键作用，显著提升界面相容性，消除非选择性缺陷；
协同传输机制构建: MUF-17提供选择性吸附与传输通道；聚合物基体提供连续相与机械支撑；实现“热力学选择+动力学传输”协同优化；
性能突破与稳定性提升: C₃H₆渗透率达124.6 Barrer；C₃H₆/C₃H₈选择性达29.3，超越聚合物上限；60天仅约15%性能衰减，表现出优异抗老化能力。
意义
该工作通过分子层面的协同设计，成功解决了PIM类膜长期存在的“性能–稳定性”矛盾。与传统依赖结构调控或单一填料增强的策略不同，本研究将电性识别与界面工程有机结合，实现了分离性能、结构稳定性与界面完整性的统一。这一策略不仅为丙烯/丙烷分离提供了更具工业潜力的材料方案，也为混合基质膜设计提供了新的通用思路，即通过“识别机制+界面调控”的协同作用实现性能跃迁。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/LbedVdf16lf7JBuMM0ntjg
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