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邵路教授团队碳捕集分离膜研究成果发表在顶级期刊美国国家科学院院刊(PNAS)上

发布时间:2022-01-05浏览次数:10来源:澳门银银河官方网8228

我院教授、城市水资源与水环境国家重点实验室成员、中国化工会分子辨识分离工程专委会委员邵路带领团队提出新方法合成制备了高MOF含量、高效碳捕集分离膜。相关论文面向可持续碳捕集的超高含量MOF混合基质膜的生物共生系统启发合成研究Symbiosis-inspired de novo synthesis of ultrahigh MOF growth mixed matrix membranes for sustainable carbon capture)发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America, PNAS)上。作为世界四大顶级期刊(CellNatureSciencePNAS)之一的PNAS创刊于1914年,拥有超过百年的办刊历史,有着极高的国际声誉。邵路教授团队的成果是PNAS上发表的首篇碳捕集分离膜研究工作(用carbon capturemembrane separation检索),也是我校作为唯一通讯单位在PNAS上发的首篇研究论文(Article),邵路教授为唯一通讯作者,论文第一作者为澳门银银河官方网8228博士生赫羴姗。


 


近年来,全球碳排放迅速增加,使大气中的二氧化碳含量达到创纪录的水平,导致频繁地灾难性气候环境,严重威胁人类的生存发展在这种严峻形势下,我国提出碳达峰碳中和的庄严承诺!高效的碳捕获技术是减少碳排放和二氧化碳进一步催化转化的前提和基础,是实现“双碳”目标的重中之重的关键技术

结合多种材料特性的混合基质膜成为碳捕集膜的研究前沿和热点。然而高性能填料(如金属有机骨架MOF)的含量受限、易团聚和聚合物-填料间的界面相容性差等问题会导致界面缺陷和内部空隙,从而影响膜碳捕集性能。如何制备高MOF含量、具有好的界面相容性和分散性的MOF混合基质膜仍然是国际上亟待突破的关键问题。

邵路团队受自然界中根瘤菌诱导根瘤生物共生过程启发,开发了一种全新的策略构建具有超高MOFZIF-8)含量的混合基质膜。在氯仿/水混合溶剂环境下,合成的ZIF-8晶体尺寸更小(~100 nm),并均匀分散在高渗透性的自聚微孔聚合物(PIM-1)基体中,ZIF-8的负载量高达67.2 wt.%PIM-1的氰基与ZIF-8-NH基团间的特异相互作用保证了新型混合基质膜优异的界面相容性,避免了超高含量下MOF的团聚现象和膜中非选择性缺陷的产生。超高含量MOF负载能显著增强混合基质膜的二氧化碳溶解系数,赋予其优异的选择性,并同时可以提高PIM-1膜的抗物理老化和塑化的能力,增强膜在实际应用过程中的稳定性。该研究提出的生物共生系统启发的合成新方法突破长期以来如何使两类膜材料(比如PIM-1ZIF-8完美结合瓶颈问题,充分发挥混合基质膜中材料传质分离特性将极大推动可持续的碳捕集分离应用进程

图:生物共生系统启发的超高含量金属有机骨架混合基质膜合成示意图

 

该研究工作得到了国家自然科学基金(2187806222111530113)、黑龙江省杰出青年科学基金(JQ2020B001)、黑龙江省头雁团队项目(HITTY-20190033)和城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题(2020DX02)等的资助。

 

原文链接:

https://www.pnas.org/content/pnas/119/1/e2114964119.full.pdf

 

    邵路教授为英国皇家化学会会士、黑龙江省杰出青年科学基金获得者、中国化工学会分子辨识分离工程专委会委员,任领域内多个国际权威期刊的副主编(Advanced Composites & Hybrid Materials)、顾问编委(ACS ES&T Engineering)及编委(Journal of Membrane Science, Advanced MembranesScientific Reports)等职务。邵路教授团队长期从事膜材料与膜分离的研究,围绕孔径逐级演化分离膜的高性能化关键问题,先后在碳捕集气膜、耐有机溶剂分离膜、水处理纳滤/超滤、微滤及特种分离膜方向取得了系列突破性成果并在多个企业规模化应用,为习近平总书记绿水青山就是金山银山的思想和我国碳达峰、碳中和的庄严承诺提供先进的技术支撑。邵路教授曾获得黑龙江省自然科学二等奖1项(第一)、黑龙江省自然科学一等奖1项(第二)等多项省部级奖项,已经作为通讯/第一作者在PNASScience AdvancesNature CommunicationsEnergy Environmental ScienceJournal of Membrane ScienceAdvanced Energy MaterialsChemical Engineering ScienceAIChE J.Advanced Functional MaterialsACS Nano等高影响力国际期刊发表论文150余篇,SCI引用7900余次,H-index=55


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