近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所無機膜與催化新材料研究組研究員楊維慎、副研究員班宇杰團隊，制備出致密、穩(wěn)定的異質(zhì)晶格共生型（hetero-lattice intergrown，HLI）金屬-有機骨架（metal-organic framework，MOF）膜，可實現(xiàn)多元醇與水高效分離，獲得聚合級乙二醇，與傳統(tǒng)減壓精餾相比，可節(jié)省能耗約32%，具備工業(yè)應(yīng)用前景。
乙二醇等短鏈多元醇是重要的化工原料，工業(yè)上主要以水合環(huán)氧乙烷和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化路線制備得到，其粗產(chǎn)品中含有大量水。滲透氣化膜分離技術(shù)有望實現(xiàn)乙二醇與水的高效分離，但要求膜具備高度致密和穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對嚴苛的液相分離環(huán)境。目前，MOF膜的發(fā)展為高效化工分離帶來機遇，卻多應(yīng)用于溫和場景下的氣體分離。
基于上述問題，科研團隊選取兩種不同晶格的MOF材料——MIL-53（Al）和amino-MIL-101（Cr），運用分步模塊化學(xué)策略，構(gòu)建出致密、穩(wěn)定的HLI膜。研究首先在氧化鋁陶瓷載體表面構(gòu)筑棒狀MIL-53（Al）陣列基層，再通過二次溶液生長，使amino-MIL-101（Cr）納米粒子嵌入MIL-53陣列間隙；采用高分辨掃描、透射電子顯微技術(shù)與二維拓撲模擬研究發(fā)現(xiàn)，兩種材料在特定化學(xué)環(huán)境下的生長互補以及異質(zhì)晶格間的緊密連接，是獲得致密且穩(wěn)定HLI結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
研究發(fā)現(xiàn)，HLI膜呈現(xiàn)優(yōu)異的乙二醇脫水分離性能，連續(xù)運行675小時性能保持不變；可耐受反復(fù)的超聲波沖擊，10余次處理性能無衰減；可承受6bar的高壓氣體。經(jīng)過工業(yè)路線設(shè)計模擬，利用HLI膜滲透氣化技術(shù)進行乙二醇脫水精制，其能耗與傳統(tǒng)減壓精餾技術(shù)相比，降低約32%。
相關(guān)研究成果以Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上，并被選為Hot Paper。研究工作得到國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目的支持。
（來源：大連化學(xué)物理研究所）