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EES封面上的中國(guó)結(jié)——邵路團(tuán)隊(duì)在二氧化碳分離膜領(lǐng)域取得突破

來(lái)源: X-MOL 2017-06-22 11:25:17

近年來(lái)，全球氣候變暖對(duì)地球生態(tài)帶來(lái)的負(fù)面影響日益凸顯，溫室效應(yīng)造成的冰川消融、海平面上升、生物瀕臨滅絕加速以及氣候異常等正在威脅著包括人類在內(nèi)諸多生物的生存環(huán)境。造成這一切的元兇無(wú)疑是人類燃燒石油、煤炭等化石燃料產(chǎn)生的大量二氧化碳溫室氣體。因此，開(kāi)發(fā)高效的CO2分離和捕集技術(shù)顯得刻不容緩。尤其在目前的國(guó)際大環(huán)境下，低碳技術(shù)將有力增強(qiáng)國(guó)家未來(lái)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

最新一期的Energy & Environmental Science 封面文章報(bào)道了哈爾濱工業(yè)大學(xué)邵路教授（點(diǎn)擊查看介紹）課題組在二氧化碳分離膜研究領(lǐng)域取得的重要突破。該課題組采用與二氧化碳具有親和性的聚氧化乙烯衍生材料，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備出一種高效的新型二氧化碳親和性半互穿網(wǎng)絡(luò)分離膜，解決了膜分離技術(shù)材料匱乏的難題，為低成本、高效率二氧化碳捕集提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

傳統(tǒng)的CO2吸附分離方法具有諸多技術(shù)缺陷，如耗能高、操作復(fù)雜和潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。膜分離技術(shù)是目前有望實(shí)現(xiàn)二氧化碳高效分離的新型低碳技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的吸附分離等方法，膜分離具有高效、易操作、成本低和環(huán)境友好等特點(diǎn)。開(kāi)發(fā)并采用先進(jìn)的氣體分離技術(shù)大規(guī)模捕集溫室氣體，不僅可以有效緩解全球氣候變暖的危機(jī)，還可以對(duì)諸如合成氣、生物氣體以及天然氣等能源產(chǎn)品進(jìn)行純化。然而，目前高效的二氧化碳分離膜材料仍然極其匱乏，嚴(yán)重制約著膜分離在二氧化碳捕集分離等領(lǐng)域的應(yīng)用。

據(jù)了解，邵路教授課題組長(zhǎng)期致力于氣體分離、納濾、超濾等高性能分離膜的研究。該成果通過(guò)對(duì)材料的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，采用與二氧化碳具有親和性的聚氧化乙烯衍生材料，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的紫外輻照一步法，在自由基聚合形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，向體系中引入低分子量的聚氧化乙烯鏈段，制備出一種新型二氧化碳親和性半互穿網(wǎng)絡(luò)分離膜。

半互穿PEO分離膜的制備及分離示意圖

該半互穿網(wǎng)絡(luò)分離膜是由立體的聚氧化乙烯交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和低分子量高醚氧含量的聚氧化乙烯衍生分子鏈穿插構(gòu)成。低分子量的聚氧化乙烯鏈段有效增加了膜的自由體積、改善其分布并增強(qiáng)二氧化碳的親和性，促進(jìn)二氧化碳在膜中快速通過(guò)，極大地提高了分離膜二氧化碳的滲透通量，同時(shí)使分離膜保持高選擇性，突破傳統(tǒng)膜材料的滲透通量和選擇性之間相互制約的瓶頸，達(dá)到二氧化碳親和性分離膜目前的國(guó)際最高水平。

該半互穿網(wǎng)絡(luò)分離膜制備方法簡(jiǎn)單且綠色環(huán)保，新型膜材料具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，有望與目前的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程匹配。該成果的研究思路為先進(jìn)膜材料的開(kāi)發(fā)及在環(huán)境能源等領(lǐng)域的應(yīng)用建立了高效的設(shè)計(jì)路徑。

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