新闻资讯
NEWS CENTER
26
2026
-
08
AFM: 孔径“原位精修”，咪唑调控PCN-250膜实现有机溶剂分离
作者：
背景
甲醇广泛应用于化工、制药和石化过程，其生产和使用过程中常与甲苯、碳酸二甲酯（DMC）及正己烷等有机溶剂形成复杂混合物，其中部分体系还存在共沸行为，使传统蒸馏面临能耗高、分离流程复杂等问题。渗透汽化作为一种膜驱动分离技术，不受气液相平衡的严格限制，为有机溶剂回收和共沸体系分离提供了更加节能的路径。然而，聚合物膜在有机溶剂中容易发生溶胀和结构劣化，而具有规则亚纳米孔道和较高化学稳定性的金属有机框架（MOF）膜展现出独特优势。PCN-250是一种稳定、低毒的铁基MOF，具有约0.6–1 nm的孔道，但其原始孔径对于甲醇与其他有机分子的*筛分仍然偏大。因此，如何在保持MOF膜高通量和稳定性的同时，对其有效孔径进行精细调控，是进一步提升有机液体分离性能的关键。
创新
近日，新加坡国立大学赵丹教授团队提出了一种简单的原位咪唑功能化策略。通过在膜生长过程中引入咪唑，使其与PCN-250中的金属簇发生配位并取代部分配位水分子，在保持主体框架结构的同时，将膜的有效孔径*缩小至约0.39 nm，从而形成更加匹配甲醇分子尺寸的筛分通道。这一调控既强化了对较大有机分子的尺寸排斥，又有利于甲醇在孔道中的优先传输，实现了孔径调控与传质性能的协同优化。所得咪唑修饰PCN-250膜可有效分离甲醇/甲苯、甲醇/DMC和甲醇/正己烷等多种体系。其中，优化后的IM-22膜在室温下分离甲醇/甲苯（10/90 wt.%）混合物时，通量达到5.36 kg m⁻² h⁻¹，分离因子高达1415，同时保留了PCN-250优异的耐酸性能，展现出兼具高通量、高选择性和化学稳定性的综合优势。
意义
该工作的价值不仅在于获得了一种高性能甲醇分离膜，更重要的是展示了从MOF次级结构单元出发原位调控传输孔径的材料设计思路。相比依赖复杂后合成修饰或重新构筑框架，通过简单的配位化学即可对已有多晶MOF膜的有效孔径和分子传输行为进行精细调节，为拓展成熟MOF材料在不同液相分离体系中的应用提供了更加便捷的路径。在工艺层面，该膜用于渗透汽化时，在相同操作条件下达到*分离性能所需能耗仅约为传统蒸馏的33.4%，进一步体现出膜分离替代高能耗热分离过程的潜力。该研究表明，MOF膜的性能优化不必局限于开发新的框架结构，通过针对SBU进行“孔道精修”，同样可以实现对分子筛分性能的有效升级，为共沸溶剂分离、溶剂回收以及其他高能耗有机液体分离过程提供新的材料设计方向。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/V-Rf65VP20akJLpXEBV1VQ
相关新闻
