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  針對(duì)氣體物質(zhì)的分離，傳統(tǒng)的蒸餾、精餾、吸附-解吸等方法屬于能源密集型工業(yè)，分離過(guò)程耗費(fèi)大量能量，設(shè)備復(fù)雜，具有較高的成本和潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。而膜法分離具有分離過(guò)程無(wú)相態(tài)及化學(xué)變化、選擇性高、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低廉、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，因此具有巨大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值�；旌匣|(zhì)膜或納米復(fù)合膜是有機(jī)高分子材料與無(wú)機(jī)多孔材料的結(jié)合，其中聚合物為連續(xù)相，多孔材料為分散相，通過(guò)多孔材料的介入，促進(jìn)氣體在膜內(nèi)的傳輸，提高分離膜的滲透通量或選擇性。這種方法可以集聚合物的可加工型和無(wú)機(jī)納米材料的分子篩性能于一身，是聚合物膜的一種長(zhǎng)足改進(jìn)。然而，納米材料與聚合物結(jié)合的過(guò)程中，往往因?yàn)槎咧g的相容性較差，納米顆粒無(wú)法在聚合物中有效分散，導(dǎo)致性能遠(yuǎn)低于預(yù)期，因此提高納米填料與聚合物之間的界面結(jié)合性能對(duì)制備高性能納米復(fù)合膜起決定性作用。

  近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員、化工與化學(xué)學(xué)院邵路教授團(tuán)隊(duì)基于金屬有機(jī)框架（MOFs）的合成后表面官能化，制備了具有帶有反應(yīng)性官能團(tuán)的UiO-66型MOF，使其參與大分子聚合物單體的自由基交聯(lián)中，成功制備了具有良好界面結(jié)合性能的納米復(fù)合膜。

  通過(guò)對(duì)氨基化的UiO-66-NH2進(jìn)行官能化，使其接枝上具有高反應(yīng)活性的烯丙基，得到可參與自由基反應(yīng)的UiO-66-MA，進(jìn)一步與帶有雙鍵的PEO大分子單體進(jìn)行UV共聚，由于UiO-66-MA 顆粒與聚氧化乙烯（PEO）之間產(chǎn)生了共價(jià)鍵結(jié)合，UiO-66-MA可以均勻充分地分散在PEO膜中并且不產(chǎn)生任何缺陷，因此氣體分子有更多的機(jī)會(huì)穿過(guò)MOF顆粒，促進(jìn)了氣體在膜內(nèi)的傳輸，將CO2滲透通量從400 Barrer 提高至1439 Barrer。相對(duì)而言，氨基化的UiO-66-NH2由于與PEO之間缺乏有效的相互作用，容易形成團(tuán)聚，氣體分子不能有效的穿過(guò)MOF孔道，因此對(duì)復(fù)合膜性能的促進(jìn)作用十分有限。

  在進(jìn)一步對(duì)復(fù)合膜的CO2塑化行為進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合膜界面結(jié)合性能與CO2的塑化行為存在緊密聯(lián)系。摻雜了UiO-66-MA的界面較好的復(fù)合膜的CO2塑化行為被強(qiáng)烈抑制，塑化程度遠(yuǎn)低于純PEO交聯(lián)膜，而摻雜有UiO-66-NH2的界面較差的復(fù)合膜的CO2塑化現(xiàn)象顯著增強(qiáng)，塑化程度高于純PEO分離膜。這種現(xiàn)象是由于UiO-66-MA與PEO之間的緊密鍵合束縛了PEO分子鏈之間的滑移，抵抗了CO2對(duì)PEO交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的塑化作用，而不與PEO相作用的UiO-66-NH2 撐大了PEO分子鏈之間的距離，使得分子鏈更容易滑移，促進(jìn)了CO2對(duì)PEO交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的塑化作用。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)有望建立起一種新的基于塑化行為的納米復(fù)合材料的界面評(píng)價(jià)體系，對(duì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有重要指導(dǎo)意義。

  該研究作為背封面（Outside back cover）發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《材料化學(xué)A》上，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

  論文作者：Xu Jiang, Songwei Li, Shanshan He, Yongping Bai and Lu Shao*

  Interface Manipulation of CO2-philic Composite Membranes Containing Designed UiO-66 Derivatives towards Highly-efficient CO2 Capture. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 15064–15073

論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta03872d#!divAbstract