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17
2026
-
07
Nature：准纯MOF膜问世，丙烷丙烯分离成本直降80%
作者：
研究背景
膜技术作为一种节能替代方案，基于分子尺寸差异进行气体分离，但其工业应用，尤其是烯烃/烷烃分离，仍十分有限。核心挑战在于协调膜的可加工性与高分离性能：例如，聚合物膜虽易规模化但性能不足，而纯MOF膜虽能实现商业吸引力的选择性（如丙烯/丙烷选择性超过100），但其对结晶过程高度敏感，使得无缺陷放大*为困难。理想方案是利用预合成MOF晶体通过溶液加工法制膜，但这直接实施颇具挑战。混合基质膜（MMMs）是另一途径，但其性能传统上受限于低填料负载量，即使近期进展将负载量推高至50-60 wt%，与填料本身的内在选择性相比仍存在显著差距，无法充分发挥MOF的全部潜力。
本文摘要
金属-有机框架（MOF）膜为解决能源密集型气体分离的高能耗问题提供了巨大潜力。开发便捷且可扩展的制备方案对于将MOF基膜成功转化并应用于实际场景至关重要。在此，报道了一种新的膜架构——准纯MOF膜（MOF体积分数>90%），它可采用工业上可靠的溶液加工技术实现规模化制造，其分离性能接近相应的纯MOF膜，充分释放了MOF的内在潜力。这一进展得益于一种融合相方法，该方法将MOF和聚合物融合成一个单一的伪连续相，并赋予MOF类似聚合物的表面性质，即使在*高固含量下也能形成流变学可控的絮凝网络。我们将代表性的基准MOF（ZIF-67、CALF-20和CuBDC）制成了准纯膜，并评估了其在丙烯/丙烷、乙烯/乙烷、碳捕集和氢气提纯等关键分离中的应用。在工业规模上，我们实现了准纯（110）取向ZIF-67膜的连续卷对卷制造，展示了其工业相关性。对于丙烯/丙烷分离，这些膜实现了约160 Barrer的丙烯渗透性和约100的混合气选择性——足以生产聚合级丙烯，基于技术经济分析，与蒸馏法相比可降低80%的纯化成本。这项研究弥合了晶态膜在高要求分子分离中性能与可扩展性之间长期存在的差距。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Y12xwBP2r4S_hdFJIiGYSg
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