新型膜材料高效分离二氧化碳

正近日,天津大学教授王志团队、迈克尔·盖佛教授团队与天津工业大学教授仲崇立团队合作,首次构筑了金属诱导有序微孔聚合物,用于二氧化碳和氮气的高效分离。同时实现了多孔材料膜的超薄、大面积制备,该成果有助于推动气体膜分离技术在烟道气二氧化碳捕集领域的大规模应用。目前,广受欢迎的多孔膜材料是金属有机骨架化合物材料(MOFs),但其在潮湿的条件下结构不够稳定,     

膜分离在石油化工领域中的应用：现状、挑战及机遇

总结了近年来新兴膜分离技术在石化领域的应用进展,重点归纳了新型膜材料如有机金属框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、混合基质膜（MMMs）等在石化分离领域的发展趋势,点评了相关膜材料的特点及各自的优势,最后对新型膜分离技术在石化领域应用中存在的挑战和未来的发展机遇进行了展望。     

多孔纳米材料改性水处理超滤膜的研究进展

基于压力驱动的超滤膜面临渗透性和选择性的制衡及膜污染问题。多孔纳米材料是高性能超滤膜改性制备中一类重要的添加剂,是新型水处理功能膜的研究热点之一。多孔纳米材料的添加为膜提供了额外水通道,其可调的孔尺寸又为在膜内构建出具有高度选择性的纳米通道提供了潜在有利条件,进而突破膜渗透性和选择性的Trade-off效应。同时,亲水性多孔纳米材料的添加有利于提升膜的抗污染性能。本文综述了近年来多孔纳米材料对超滤膜的改性方法,总结了微孔沸石分子筛、介孔炭、介孔二氧化硅、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料对超滤膜的改性研究进展,着重评价了不同改性材料对超滤膜在亲水性、渗透性、污染物截留和抗污染能力等方面的影响。最后对未来多孔纳米材料改性超滤膜的研究及应用的发展趋势进行了展望。     

金属有机骨架材料制备的研究进展

金属有机骨架材料是近几年发展迅速的一类多孔材料,其作为新兴材料与传统的多孔材料相比,不同的是金属有机骨架材料具有可功能化修饰、三维的孔结构、超大的比表面积和孔容积、孔径可调和良好的热稳定性等优点。并且在气体的吸附分离、储存和催化等应用领域有着比其他传统的多孔材料更加优越的性能,具备着较为广泛的潜在用途。本文对金属有机骨架材料的制备的进行了综述,给其他研究者提供一个参考和指导。     

丙烯/丙烷分离的ZIF-8膜研究进展

同碳数烯烃/烷烃的分离是目前石油化工行业中最耗能的过程之一，开发新型的、低能耗的丙烯/丙烷分离过程被认为是改变世界的七项化工分离技术之一。气体膜分离技术因其高效、节能和环境友好等优点被认为是一种可取代传统低温精馏分离丙烯/丙烷混合气体的新型技术。金属有机骨架材料ZIF-8的有效孔径介于丙烯和丙烷的分子动力学直径之间，可对丙烯/丙烷实现高效分离，是目前分离丙烯/丙烷性能最好的膜材料。本文系统总结了ZIF-8膜的制备方法及用于丙烯/丙烷高效分离的发展历程；探讨了ZIF-8膜微结构的调控，尤其是膜缺陷的修复及ZIF-8骨架柔性的控制；总结了ZIF-8膜在分离丙烯/丙烷时，过程参数对于分离性能的影响规律；并提出ZIF-8膜规模化制备及潜在工业分离丙烯/丙烷研究中存在的问题和未来发展方向。     

金属有机骨架混合基质水处理分离膜研究进展

金属有机骨架（MOFs）晶体由无机金属离子和有机配体通过自组装合成,具有高的孔隙率和可调节的窗口尺寸,可使MOFs混合基质膜在水处理时同步获得高通量和高截留率,有望突破传统分离膜的渗透性和选择性之间此消彼长的trade-off效应。本文综述了MOFs的典型构造、影响MOFs混合基质膜性能的关键因素、MOFs混合基质膜的制备方法、MOFs颗粒改善混合基质膜水传输和溶质分离性能的原理以及MOFs混合基质膜在水处理微滤/超滤、纳滤/反渗透和正渗透领域的最新研究进展。最后总结了MOFs混合基质膜在水处理领域的未来发展亟待解决的关键问题,主要包括高性能、低成本膜的可控制备、膜结构和性能之间定量构效关系的深入探索以及如何拓宽其应用范围等,对加快MOFs混合基质膜的产业化进程具有指导意义。     

有机框架膜在气体分离中的研究进展

高渗透性、高选择性和高稳定性的膜材料是决定膜分离过程效率的关键。有机框架膜（organic framework membranes,OFMs）具有孔隙率高、孔道长程有序、易于官能化修饰、稳定性强等特点,在气体膜分离领域具有重要发展前景。综述了有机框架膜的化学组成、结构特征、制备方法及其在二氧化碳捕集与分离、烯烃/烷烃分离及稀有气体分离等气体分离过程中的应用。最后,对有机框架膜在气体分离领域的机遇和挑战进行了总结,并对其发展方向进行了展望。     

离子液体支撑液膜用于分离混合芳烃的研究

利用不同离子液体制备离子液体"充填型"支撑液膜,将其用于混合芳烃中对二甲苯的蒸汽渗透膜分离实验,比较了不同离子液体、不同支撑底膜、原料中对二甲苯的含量、操作温度等因素对分离性能的影响。结果表明,在40℃温度下,[Bmim][BF4]填充PVDF膜形成的支撑液膜对对二甲苯体积分数为60%的混合芳烃渗透通量为59.5 g/(m2·h),分离因子达16.5;经过90 h的实验测定,支撑液膜分离性能稳定。离子液体支撑液膜的蒸汽渗透过程能够实现从混合芳烃中将对二甲苯分离。     

离子液体支撑液膜用于分离混合芳烃的研究

利用不同离子液体制备离子液体"充填型"支撑液膜,将其用于混合芳烃中对二甲苯的蒸汽渗透膜分离实验,比较了不同离子液体、不同支撑底膜、原料中对二甲苯的含量、操作温度等因素对分离性能的影响。结果表明,在40℃温度下,[Bmim][BF4]填充PVDF膜形成的支撑液膜对对二甲苯体积分数为60%的混合芳烃渗透通量为59.5 g/(m2·h),分离因子达16.5;经过90 h的实验测定,支撑液膜分离性能稳定。离子液体支撑液膜的蒸汽渗透过程能够实现从混合芳烃中将对二甲苯分离。     

MOF基混合基质气体分离膜界面作用调控研究进展

混合基质膜结合了无机填充材料和聚合物组分的双重优势，被认为是一种可同时增加渗透性和选择性的新型方法，有望解决传统聚合物膜的Trade-off效应。混合基质膜的气体分离性能主要依赖无机填充材料的分子筛分性质和高分子本身的化学结构，因此适当选择无机填充材料对于制备高性能的混合基质膜十分重要。金属有机骨架(MOF)作为一种新型多孔填料，具有比表面积大、密度小、孔隙率高和孔尺寸可调等优点，因此在气体吸附分离和气体储存等领域应用广泛，为新型混合基质膜带来良好的发展机遇。但混合基质膜的分离性能并不是简单地两相性能相加，在大多数情况下分离性能远低于材料模拟的预测理论值，造成这种非理想性的关键因素之一是MOF晶体和聚合物之间的界面缺陷，这可能导致界面非选择性空隙的形成、聚合物硬化和孔隙堵塞等界面问题，降低膜的分离性能。因此，实现MOF-聚合物基质间的界面作用调控以改善界面相容性是充分发挥MOF基混合基质膜气体分离潜力的关键。本工作综述了MOF基混合基质膜近五年关于不同类型界面作用调控的方法及策略，及其对气体分离性能的影响。最后，总结构建的界面作用对于混合基质膜性能的正面影响并提出当中存在的问题，为混合...     

一/二价离子分离膜材料研究进展

一/二价离子分离膜在能源存储和转换、污染监测和控制、清洁工业过程等领域发挥重要作用。本文旨在回顾近年来一/二价离子分离膜材料的研究进展,重点综述聚合物膜、混合基质膜及金属有机骨架和二维材料等新型膜用于一/二价离子分离的研究现状,深入讨论界面聚合、层层组装、沉积、共混等不同制备方法对膜微结构和分离性能的影响,探讨一/二价离子分离膜面临的主要挑战和未来研究方向。     

沸石咪唑骨架膜的制备及其应用进展

近年来,将金属-有机骨架材料(MOFs)和膜基材料结合,制备新型MOFs分离膜成为膜领域研究的热点之一。由于MOFs具有类似分子筛结构和空间拓扑结构,在分离、催化等方面具有潜在的应用前景。沸石咪唑框架材料(ZIFs)作为MOFs中重要分支之一,因其具有优异的热稳定性和化学稳定性被应用于膜分离。本工作重点阐述了原位生长、界面反扩散、逐层组装、二次生长、气相沉积和微流体处理等方法制备ZIFs多晶膜和杂化膜,并系统介绍了ZIFs复合膜在染料与重金属离子去除、气体分离、天然气净化、生物医药和电化学传感中的应用。最后,总结了ZIFs复合膜制备过程中存在的问题和挑战,并对ZIFs复合膜未来研究的方向提出了展望。     

二维层状金属有机骨架的制备方法及研究进展

叙述了几种制备二维层状金属有机骨架材料的方法,并对各种方法进行深度分析,介绍二维层状MOF材料优异的性能,具有外比表面积高、厚度薄、活性位点多等优势,在分离、催化、成膜等方面都有很好的应用。     

官能化的金属有机框架在气体小分子分离中的应用

金属有机框架是由金属中心与有机配体自组装形成的一类结构可设计的新型多孔材料。吸附分离是金属有机框架的重要用途之一。本文介绍了以金属有机框架为多孔平台设计合成具有目标导向的官能化金属有机框架的途径以及官能化金属有机框架在二氧化碳与氮气、甲烷分离，烷烃与烯烃分离，低碳烷烃等小分子气体分离纯化中的作用。表明官能化的金属有机框架由于官能团活性位点的存在，在二氧化碳、烯烃、烷烃等气体小分子分离中相对未经修饰的金属有机框架具有更高的分离选择性。官能化的金属有机框架的目标导向使其在化工分离领域具有更广阔的应用前景。目前材料合成难以量产限制了官能化的金属有机框架在化工分离方面的普及，随着合成方法的不断简化官能化金属有机框架在化工分离中会有更广泛的应用。     

MOFs分离膜在水系分离中的应用

MOFs作为一类具有三维孔结构的新型框架材料,在催化、储能和分离领域均有广泛的应用前景,而MOFs的水稳定性一直是限制其扩大应用的壁垒。随着水稳定性MOFs材料不断涌现以及人们对MOFs水稳定性机理认识的加深,众多的学者开始关注MOFs分离膜在水体系下物质分离的应用研究。综述了围绕MOFs分离膜在水系环境下的分离应用研究展开,概述了MOFs水稳定性的影响因素,MOFs分离膜的制备及其在染料废水处理、脱盐、重金属离子去除和离子选择性分离等领域的应用研究,并对MOFs分离膜未来发展趋势进行了展望。     

Recent progress of two-dimensional nanosheet membranes and composite membranes for separation applications

Two-dimensional (2D) materials have emerged as a class of promising materials to prepare high-performance 2D membranes for various separation applications. The precise control of the interlayer nanochannel/sub-nanochannel between nanosheets or the pore size of nanosheets within 2D membranes enables 2D membranes to achieve promising molecular sieving performance. To date, many 2D membranes with high permeability and high selectivity have been reported, exhibiting high separation performance. This review presents the development, progress, and recent breakthrough of different types of 2D membranes, including membranes based on porous and non-porous 2D nanosheets for various separations. Separation mechanism of 2D membranes and their fabrication methods are also reviewed. Last but not the least, challenges and future directions of 2D membranes for wide utilization are discussed in brief.     

Advancement in separation materials for blood purification therapy

Blood purification refers to the extra corporeal therapies of removing potentially toxic substances, in which blood is circulated through an adsorption system loading separation materials. High-efficient inexpensive separation materials are critical to success. In this review, separation materials such as polymers and nanomaterials are summarized and compared. Combining the advantages of the adsorptive membranes and nanomaterials, organic–inorganic hybrid/blend membranes have been developed explosively. These hybrid/blend membranes have both the characteristics of high permeability, easy fabrication, good biocompatibility of adsorptive membranes, and characteristics of fast adsorption rate and high adsorption capacity of nanomaterials. The preparation and modification methodology of the separation materials is reviewed. For affinity separation materials, the relationship of ligand chemistry, ligand density and pores of the matrix is discussed. This paper also summarizes some interesting applications in separation materials for removal of bilirubin, endotoxin, toxic metal ions, cytokine, etc.     

离子液体膜材料分离二氧化碳的研究进展

离子液体由于具有不易挥发、结构可调、对CO₂有良好的吸收性能等特点而成为当前CO₂分离领域的研究热点,但因高黏度和高成本问题而限制了其工业化应用。将离子液体与气体分离膜材料结合,得到的新型分离膜材料兼具离子液体和膜的优势,成为当前离子液体研究领域的趋势之一。针对这一热点问题,综述了离子液体支撑液膜、聚离子液体膜和离子液体共混/杂化膜在CO₂分离方面的研究现状和进展,讨论了离子液体结构和含量对膜分离性能、稳定性等的影响。相关研究表明,离子液体共混/杂化膜具有较高的分离性能和稳定性,是一种很有应用前景的CO₂分离材料。提出该领域的重点发展方向,即开发新的功能化离子液体共混/杂化膜材料是解决高渗透通量与高稳定性之间矛盾、强化CO₂分离性能的有效途径,深入研究离子液体共混/杂化膜的形成机制、气体在膜中的渗透行为以及CO₂分离机理。     

Recent advances in reverse osmosis membranes

A review is presented of the developments of the past several years in the area of reverse osmosis membranes. These developments have occurred along two lines: new membrane materials and new membrane fabrication methods. Among the new materials can be cited aromatic polyamides, polybenzimidazole, polyphenylene oxide, hydrated metal oxides, crosslinked and blended cellulose acetates, crosslinked polyvinylpyrrolidone, crosslinked polyethylenimine, and derivatives of several of these materials. The water and salt permeabilities of many of these materials and of the cellulose acetates are compared.Important developments in the area of fabrication methods include the extension of asymmetric membrane techniques to new materials, supported ultra-thin films, hollow fibers and asymmetric hollow fibers, and dynamically formed membranes. A comparison of these materials and fabrication methods requires some kind of figure of merit and one such parameter is discussed.     

Fabrication of carbon membranes for gas separation--a review

Carbon membrane materials are becoming more important in the new era of membrane technology for gas separation due to their higher selectivity, permeability and stability in corrosive and high temperature operations. Carbon membranes can be produced by pyrolysis of a suitable polymeric precursor under controlled conditions. This paper reviews the fabrication aspects of carbon membranes, which can be divided into six steps: precursor selection, polymeric membrane preparation, pretreatment of the precursor, pyrolysis process, post-treatment of pyrolyzed membranes and module construction. The manipulation of the pretreatment variables, pyrolysis process parameters and post-treatment conditions were shown to provide an opportunity to enhance the separation performance of carbon membranes in the future. By understanding the available methods, one can choose and optimize the best technique during the fabrication of carbon membranes. Furthermore, areas of future potential in carbon membrane research for gas separation were also briefly identified.