基于膜的分离过程示意图(左)和Zr-fum-fcu-MOF膜的结构演示(右)。信用:周等。轻烃混合物的分离是最重要的石化和工业过程之一。这一过程目前被认为是高度能量密集型的，因为迄今为止它是使用常规技术进行的，例如低温蒸馏。分离轻烃的另一种方法是使用基于膜的分离过程。与低温蒸馏和其他传统工艺相比，膜分离不受热量驱动，因此有助于降低轻烃分离的总体能量需求。因此，在过去的几年里，世界各地的科学家一直在努力开发和鉴定新的材料，用于制造膜来进行这种能量密集型分离。
阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员最近引入了一种多功能的电化学定向组装策略来制造分离碳氢化合物的膜。发表在《自然能源》杂志上的一篇论文中介绍的这种策略使他们能够将金属-有机骨架制成连续薄膜，并将其作为膜使用，与传统的单一蒸馏工艺相比，这种膜可以将氢化碳分离工艺中的能量输入减少近90%。
“我们之前对金属有机框架(MOFs)的设计、发现和开发的探索已经揭示了一个基于面心立方(fcu) MOFs的新平台，该平台被证明可以对其孔径进行超精细调整，将fcu-MOFs定位为各种关键分离的合适吸附剂，”进行该研究的研究人员之一穆罕默德·埃德道乌迪(Mohamed Eddaoudi)告诉TechXplore。“我们研究的主要目的是将它们提升到一个新的水平，并将这些选定的吸附材料加工成实用的膜，在工业相关的高压和侵蚀性条件下提供高选择性。除此之外，它们还易于以可扩展且坚固的方式制造。”
制造无缺陷的多晶MOF膜非常具有挑战性，因为它需要高度可控的生长过程。为了制造他们的膜，Eddaoudi和他的同事使用了一种电化学方法，通过施加受控的外部电流来促进多孔载体上多晶fcu-MOF薄膜的结晶和内部生长。
“与传统的溶剂热生长相比，这种电化学方法具有高度可控性，因此可以获得高质量的薄膜，”盛舟(博士生、第一作者)解释道。“此外，制造条件比使用其他方法温和和快速得多，只需要室温、大气压和短的生长时间(两小时)。因此，这一战略更加实用，也更有利于扩大规模。”
通过成功地将网状化学与电化学合成方法相结合，Eddaoudi和他的同事能够制造出连续的、无缺陷的fcu-MOF膜，该膜具有稳定的、固有的分子筛分特性。这些特性使得他们制造的膜特别有希望用于分离轻烃。
此外，研究人员率先开发了一种方法，可用于确定制造封闭薄膜的正确条件，该方法基于一系列具有各种类型接头的多孔膜。未来，使用他们开发的策略制造的膜可以显著增强碳氢化合物分离过程。
Osama Shekhah博士(高级研究科学家)说:“在混合膜蒸馏系统中部署我们的Zr-fum-fcu-MOF膜，与丙烯/丙烷分离的传统单一蒸馏工艺相比，有可能将能量输入减少近90 %。”“我们目前正试图将我们的膜设计和制造扩展到其他系统，以解决更具挑战性但更重要的分离问题。与此同时，我们正致力于通过各种途径扩大膜的制造规模，包括制备大规模中空纤维膜。”Eddaoudi说。
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