新闻资讯
NEWS CENTER
08
2026
-
05
Nat. Commun.: 把“颗粒”变“网络”，MOF凝胶界面工程破解氦气高效回收
作者：
背景
氦气作为航天、半导体与低温工程中的关键战略资源，储量少且不可再生。目前工业上主要依赖低温精馏进行分离，但该过程能耗高、投资大，难以满足日益增长的需求。膜分离因其模块化与低能耗优势，被认为是理想替代方案。然而，在He/CH₄体系中实现高性能分离始终困难，核心问题在于：渗透性–选择性权衡 + 界面缺陷严重。传统聚合物膜难以兼顾高通量与高选择性；而混合基质膜（MMM）虽然引入MOF等填料，但常出现填料分散不均、界面空隙等问题，导致非选择性泄漏和传输路径中断，限制性能提升。
创新
近日，湖南大学王少飞教授团队联合天津工业大学马小华研究员提出“MOF凝胶网络交联界面工程策略”，从结构与界面双重维度重构MMM体系。核心在于将传统离散MOF颗粒升级为连续三维凝胶网络，并与聚合物形成协同交联结构。具体而言，氨基功能化ZIF-67凝胶在聚酰亚胺基体中形成连续纳米多孔网络，其本征孔径（~0.34 nm）匹配He与CH₄的尺寸差，实现分子筛分。同时，凝胶中的氨基与聚合物发生共价酰胺键结合，并通过氢键进一步增强界面相互作用，从根本上消除界面空隙问题。这种“网络+交联”的结构，使气体传输通道从“断裂颗粒路径”转变为“连续选择性通道”，同时保持较高自由体积，避免传统交联导致的通量下降。在此基础上，膜表现出549 Barrer的氦气渗透率和110.3的He/CH₄选择性，显著突破传统性能上限，并在混合气条件下运行180小时仍保持95%以上性能。
意义
该工作突破了传统MMM中“填料分散+界面缺陷”的核心瓶颈，通过将MOF从“颗粒”转变为“连续网络”，实现了传输路径与界面结构的协同优化。这种设计不仅提升了分离性能，还显著增强了结构稳定性。更重要的是，该研究从材料设计延伸到过程模拟，证明膜–精馏耦合系统可实现超过93%的氦气回收率，并降低约74%的能耗，展示了明确的工业应用潜力。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/2Fthbyo7pjC4Ny2a3NvZxQ
相关新闻
