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27
2026
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05
JMCA: 把“界面变通道”，表面工程破解低压CO₂捕集难题
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背景
在碳捕集（CCUS）过程中，从工业烟气中分离低分压CO₂是关键也是*困难的一步。相比传统吸收或变压吸附技术，膜分离因其低能耗与模块化优势被认为更具潜力。然而，烟气通常具有低压、低CO₂浓度（10–15%）的特点，使膜分离面临严峻挑战：通量与选择性难以同时提升。传统聚合物膜受限于“溶解–扩散机制”，往往在提高通量时牺牲选择性，反之亦然。这种固有的性能权衡，严重制约了其在低压CO₂捕集中的应用。因此，如何突破单一传输机制，实现多机制协同，成为膜材料设计的关键方向。
创新
近日，太原理工大学李晋平教授团队提出“表面工程构建促进传输界面策略”，在膜结构中实现多机制协同传输。研究以溴化聚酰亚胺为前驱体，首先通过纺丝构建非对称中空纤维膜结构，在保证高通量的同时提供机械稳定性。更关键的是，利用分子中的活性溴基作为反应位点，通过亲核取代反应在膜表面原位接枝多胺分子，构建超薄功能层。这一设计实现了结构与功能的分工：膜主体提供快速气体扩散通道，而表面胺基则通过与CO₂的可逆反应建立“促进传输”机制，显著增强对CO₂的选择性。同时，表面交联形成稳定网络，有效抑制CO₂引起的塑化效应。得益于这种“体相扩散+界面促进传输”的协同机制，膜性能实现同步提升：CO₂渗透率达到1362 GPU，CO₂/N₂选择性达65，显著优于未改性膜，并在长达1440小时运行中保持稳定性能。
意义
该工作突破了传统单一传输机制的设计思路，通过在纳米尺度构建功能化界面，实现了通量与选择性的协同优化，为低压CO₂捕集提供了切实可行的解决方案。更重要的是，该研究提出了一种具有普适性的膜设计理念：通过结构分区与功能分离，在同一膜体系中整合不同传输机制，从而突破传统性能边界。同时，中空纤维结构与表面化学修饰的结合，也为膜的规模化应用提供了现实路径。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/THgO-LwHMDcvXEDczEs8Sw
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