Adv. Mater.MOF-COF“合金”膜可高效分离丙烯/丙烷

化学人生8月12日讯：烯烃是化工中最重要和使用量最大的原料，主要通过石油或烷烃裂解获得。工业上纯化丙烯常用的方法是能源密集型的低温蒸馏工艺，基于双碳战略，推行绿色环保，急需开发新型节能的分离技术。膜技术因具有较低的分离能耗，较好的分离效果，被认为是最有希望取代传统低温精馏的分离技术之一。而先进的功能性膜材料被认为是膜技术的"芯片"。

金属有机框架（MOFs）由于具有孔径可调、孔隙率高等优点，在高通量筛分烯烃/石蜡混合物方面具有广阔的前景。然而，MOFs中连接体旋转而造成框架形变，常常使其筛分能力降低。将两种材料在纳米尺度上杂交，以实现机械性能的协同改善是自然界和人工材料中广泛采用的策略。一个典型的例子是铝合金的合金效应，在铝基体中加入金属材料如Cu、Mg，或非金属Si，这些杂化原子可以抑制铝原子层的滑动，从而提高整体材料的刚性。

受此启发，天津大学姜忠义团队提出了一个基于MOFs和共价有机框架（COFs）杂化的“合金”膜（AMs）的概念。通过电驱动共沉积，将季铵（QA）功能化的COFs纳入沸石咪唑框架（ZIF-8）基体中。QA功能化的COF与ZIF-8基体在二者界面上形成库仑力，大大限制了ZIF-8的连接体旋转，并引发了ZIF-8晶格产生明显的柔性-刚性转变（合金化效应），形成了预期的AMs。通过调整COFs的装载量，获得了具有可调刚性的AMs，由此赋予了优异的丙烯/丙烷分离性能，其丙烯/丙烷分离系数超过了200，丙烯渗透率为168GPU。.

 图1 使用电驱动共沉积工艺构建MOF-COF AMs

综上所述，研究人员提出了一个新的AMs概念，通过电化学共沉积的方法制造MOF-COF AMs来证明。COF的季铵盐-N和ZIF-8的吡啶-N之间的库仑力限制了ZIF-8的连接体旋转，产生了明显的合金效应。因此，AM中的ZIF-8的晶格硬度可以通过加入不同数量的COF纳米片进行微调，使得AMs的分子筛分能力可以得到很好的控制。这种简单而温和的电驱动共沉积策略为大规模生产高质量的MOF基AMs提供了一个良好的平台。（本刊有删节）详情见化学人生公众号

原文链接：Adv. Mater. 2022, 34, 2201423

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