國家納米科學(xué)中心唐智勇和李連山研究團隊提出,通過表面引發(fā)聚合的方法制出共軛微孔聚合物濾膜(CMP),實現(xiàn)穩(wěn)定高效有機納濾膜的制備。該成果于7月24日凌晨在線發(fā)表于《自然—化學(xué)》。
據(jù)介紹,傳統(tǒng)分離純化過程主要依賴高能耗基于熱的過程,例如蒸餾、精餾等。化工工業(yè)中用于分離和純化的能源消耗占據(jù)了全部能源消耗的一半,其中80%被蒸餾過程消耗。因此,開發(fā)低能耗、高效的膜分離純化技術(shù)十分重要。
李連山告訴記者,共軛微孔濾膜的主鏈由C-C和C-H共價鍵構(gòu)成,這種材料相比于傳統(tǒng)的一維柔性聚合物材料有非常大的優(yōu)勢:第一,三維全共軛結(jié)構(gòu)使得這類材料在任何溶劑中不溶,且具有很高的熱穩(wěn)定性;第二,剛性骨架支撐起豐富的自組裝微孔,有利于溶劑的傳輸;第三,可通過化學(xué)手段對孔結(jié)構(gòu)或尺寸進行調(diào)控。
然而其三維剛性結(jié)構(gòu)在解決了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時,其不溶于任何溶劑的特性也同時帶來了材料成膜困難的問題。所以如何獲得高質(zhì)量的薄膜是解決這類材料在膜分離領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵一步。受一維聚合物表面聚合的啟發(fā),課題組在二氧化硅表面修飾初始聚合位點后進行表面聚合反應(yīng),通過精細控制表面修飾及聚合反應(yīng)條件,獲得了平方厘米級的無缺陷薄膜并成功轉(zhuǎn)移至超濾膜多孔支撐層。實驗表明,在聚丙烯腈表面負載42納米厚的CMP,無論對正己烷(非極性溶劑)還是甲醇(極性溶劑)來說,都實現(xiàn)了很高的過濾通量。
李連山表示,該研究在理論上證明了共軛微孔聚合物濾膜這一材料的有效性,在染料、醫(yī)藥和半導(dǎo)體等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。目前,他們正在尋求大面積制備類似薄膜結(jié)構(gòu)的方法,以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
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