阿卜杜拉国王科技大学
KAUST化学工程师开发了一种新的分离技术，使用含有金属有机骨架填料的混合基质膜
这项新技术比传统分离技术消耗的能量少90%
信用:泽维尔皮塔
一种新的基于膜的分离技术可以为当前基于有机溶剂的纳滤方法提供一种高效且环境可持续的替代方法
传统的基于热的分离技术消耗大量能量，因为它们需要热量来驱动分离过程，并且通常占化工厂总资本和运行成本的40-70%
或者，使用含金属有机骨架(MOF)填料的混合基质膜(MMMs)的分离技术不需要加热，并且比蒸馏消耗的能量少90%，除了增加能量和节约成本之外，还产生了具有可持续性益处的更有效的分离过程
然而，聚合物基质和MOF填料之间缺乏界面粘合会导致纳米尺寸的间隙，在膜表面产生缺陷和空隙，这会降低MMM的选择性
受大自然的启发，来自KAUST的Gyorgy策克利和Rifan Hardian与来自曼彻斯特大学、北海道大学和日本科学技术局的科学家合作，通过制造与MMM聚合物基质更相容的MOF纳米粒子填料，克服了界面粘附问题
这消除了填料-基质界面上针孔的形成，并显著提高了膜的性能
“这种方法的灵感来自牙骨质，覆盖在牙根上的组织层，它通过胶原纤维与周围的组织相连，”Hardian说
“在我们的例子中，MOF晶体通过与聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝而与周围的聚合物基质连接或缠结在一起
" 为了制造膜，研究人员首先使用UiO系列的聚苯并咪唑和锆基MOF纳米粒子，即UiO-66-NH2、UiO-67-NH2和UiO-68-NH2，制备了一系列MMMs
这些纳米颗粒具有相似的化学和表面性质，但随着孔径的增加，这使得研究小组能够研究不同孔径如何影响MMMs中的分离
然后，纳米粒子表面共价接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)，或PNIPAM链，其与MMMs聚合物基质纠缠在一起，防止针孔的形成
哈丁说，PNIPAM由于其有趣的氢键特性和易于合成，是一种很有前途的聚合物接枝候选材料
“由于MOF结构中孔隙排列的规律性和孔径的可调性，我们现在可以微调MMMs的分子筛性能，”Hardian说
研究人员现在正在研究在不需要表面接枝的情况下增强MOF/基质粘附的可能性
策克利说，通过增加MMMs中填料和聚合物的化学相容性，这项工作“可以消除接枝剂的必要性，使膜的制造过程更简单，更环保。”
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