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EES封面上的中国结——邵路团队在二氧化碳分离膜领域取得突破

来源: X-MOL 2017-06-22 11:25:17

近年来，全球气候变暖对地球生态带来的负面影响日益凸显，温室效应造成的冰川消融、海平面上升、生物濒临灭绝加速以及气候异常等正在威胁着包括人类在内诸多生物的生存环境。造成这一切的元凶无疑是人类燃烧石油、煤炭等化石燃料产生的大量二氧化碳温室气体。因此，开发高效的CO2分离和捕集技术显得刻不容缓。尤其在目前的国际大环境下，低碳技术将有力增强国家未来的国际竞争力。

最新一期的Energy & Environmental Science 封面文章报道了哈尔滨工业大学邵路教授（点击查看介绍）课题组在二氧化碳分离膜研究领域取得的重要突破。该课题组采用与二氧化碳具有亲和性的聚氧化乙烯衍生材料，通过结构设计制备出一种高效的新型二氧化碳亲和性半互穿网络分离膜，解决了膜分离技术材料匮乏的难题，为低成本、高效率二氧化碳捕集提供了强有力的技术支持。

传统的CO2吸附分离方法具有诸多技术缺陷，如耗能高、操作复杂和潜在的环境污染风险。膜分离技术是目前有望实现二氧化碳高效分离的新型低碳技术，相对于传统的吸附分离等方法，膜分离具有高效、易操作、成本低和环境友好等特点。开发并采用先进的气体分离技术大规模捕集温室气体，不仅可以有效缓解全球气候变暖的危机，还可以对诸如合成气、生物气体以及天然气等能源产品进行纯化。然而，目前高效的二氧化碳分离膜材料仍然极其匮乏，严重制约着膜分离在二氧化碳捕集分离等领域的应用。

据了解，邵路教授课题组长期致力于气体分离、纳滤、超滤等高性能分离膜的研究。该成果通过对材料的物理化学结构合理设计，采用与二氧化碳具有亲和性的聚氧化乙烯衍生材料，经过简单的紫外辐照一步法，在自由基聚合形成交联网络的同时，向体系中引入低分子量的聚氧化乙烯链段，制备出一种新型二氧化碳亲和性半互穿网络分离膜。

半互穿PEO分离膜的制备及分离示意图

该半互穿网络分离膜是由立体的聚氧化乙烯交联网络和低分子量高醚氧含量的聚氧化乙烯衍生分子链穿插构成。低分子量的聚氧化乙烯链段有效增加了膜的自由体积、改善其分布并增强二氧化碳的亲和性，促进二氧化碳在膜中快速通过，极大地提高了分离膜二氧化碳的渗透通量，同时使分离膜保持高选择性，突破传统膜材料的渗透通量和选择性之间相互制约的瓶颈，达到二氧化碳亲和性分离膜目前的国际最高水平。

该半互穿网络分离膜制备方法简单且绿色环保，新型膜材料具有优异的稳定性，有望与目前的工业化生产过程匹配。该成果的研究思路为先进膜材料的开发及在环境能源等领域的应用建立了高效的设计路径。

材料学

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