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分子筛膜材料和膜过程
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摘要
利用新型分子筛膜分离技术替代传统的高能耗分离过程对于解决当今的能源短缺问题和和改善日益严峻的环境压力具有重要的实际意义。经过二十多年的发展,LTA型沸石分子筛膜在有机物脱水领域取得工业应用,但这也是目前唯一取得大规模应用的分子筛膜类型~~[1]。金属有机骨架(MetalOrganic Frameworks,MOFs)是一类新型的具有纳米孔结构的有机-无机杂化材料。其中,沸石型咪唑酯骨架(Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs)具有和传统沸石分子筛相似的拓扑结构,同时具有较常规MOFs材料更佳的水热稳定性,成为一类非常理想的分子筛膜材料。近年来,报告人研究团队率先在国际上开展了新型金属有机骨架材料的薄膜化制备研究,发展了三维多晶MOFs分子筛膜的合成方法~~[2,3]。最近,报告人又提出了从三维多晶MOFs分子筛膜到二维MOFs纳米片分子筛膜的新概念,首次实现了MOFs纳米片(1纳米厚度)的开层制备和二维MOFs分子筛膜的组装~~[4]。该超薄MOFs纳米片分子筛膜表现出远高于迄今报道的有机和无机膜的氢气/二氧化碳分离性能。此次报告中,报告人将从分子筛膜的缺陷抑制,分子筛薄膜的取向调控,以及分子筛膜的有效截留尺寸精细调控~~[5]等方面介绍一下近年在分子筛膜材料和膜应用研究中取得的一些结果。
The successful implementation of zeolite membranes in pervaporation and vapor permeation processes has shown their advancements in industrial dewatering applications.However,fast and accurate gas separation with molecular sieve membranes is still a longstanding dream for membranologists.The emergence of MOF materials brings new vitality to the research of molecular sieve membranes.Different from zeolites,a large number of layered MOFs have been reported,and these MOFs could serve as a diverse source of nanosheet building blocks if they could be exfoliated to nanometer-scale thickness.Recent breakthroughs in this respects opened the door to the rational design and synthesis of a new generation of molecular sieve membranes based on MOF nanosheets,leading to a remarkable improvement in separation performances by reduction from 3D to 2D.
引文
[1]Li,Y.;Yang,W.J.Membr.Sci.2008,316:3.
    [2]Li,Y.;Liang,F.;Bux,H.;Feldhoff,A.;Yang,W.;Caro,J.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49:548.
    [3]Li,Y.;Bux,H.;Feldhoff,A.;Li,G.;Yang,W.;Caro,J.Adv.Mater.2010,22:3322.
    [4]Peng,Y.;Li,Y.;Ban,Y.;Jin,H.;Jiao,W.;Liu,X.;Yang,W.Science 2014,346:1356.
    [5]Ban,Y.;Li,Z.;Li,Y.;Peng,Y.;Jin,H.;Jiao,W.;Guo,A.;Wang,P.;Yang,Q.;Zhong,C.;Yang,W.;Caro,J.Angew.Chem.Int.Ed.2015,54:15483.

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