二维材料构筑的CO2分离膜研究进展

二维材料由于其独特的纳米片结构，已广泛应用于设计高气体渗透通量和选择性的分离膜中.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中构筑的纳米及纳米尺度孔道为分子输运提供了特殊的通道，它们是高渗透性和高选择性分子筛分的根本原因.本文综述了近年来二维材料基CO₂分离膜的研究进展，包括材料种类、分离膜的制备方法、分离性能及分离机制，并对二维材料基CO₂分离膜的应用前景进行了总结与展望.     

二维MXene膜的构筑及在水处理应用中的研究进展

MXene是一类新型的过渡金属碳/氮化物二维层状材料,通过选择性刻蚀掉MAX相中的A原子层制备而成。由于MXene具有特殊的微观结构和优异的理化性质,可用于高性能膜分离材料的构筑,并逐渐在废水处理和海水淡化等领域展现出良好的应用前景。但MXene在实际水处理过程中还存在不小的局限性。如MXene膜在水溶液中易发生溶胀现象,膜抗污染能力弱,分离机制也尚未有统一定论。本文归纳了近年来MXene纳米片、二维MXene膜材料的制备方法,例举了MXene膜的改性路径及其在水处理应用领域的最新报道,提出了MXene膜对水中污染物的分离机制,并对其当前急需解决的问题和未来的发展方向做出展望,为基于MXene高性能膜材料的设计和应用提供参考。      

北京工业大学安全福教授团队在膜分离领域取得重要进展

正水资源短缺已成为影响人类健康、经济和社会可持续发展的重大挑战.高性能纳滤膜是解决水净化和资源化的重要手段.膜材料是纳滤膜分离技术的关键,与商品化纳滤膜(高分子膜或陶瓷膜)相比,2D氧化石墨烯(GO)材料具有超快水传输速率、精准二维传质通道、高抗污染性和易于超薄化加工的独特优势,在新型高性能分离膜领域具有巨大的应用潜力.     

新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究进展

气体膜分离技术是过滤与分离工业的重要技术之一, 相比于传统分离技术更加高效、节能、环保。新型无机二维材料在分离膜领域的应用, 有望同时实现高选择性和高渗透率, 突破商业聚合物膜渗透率和选择性相互制约的瓶颈, 极大地促进高性能分离膜的发展。本文简述了膜的气体分离机制, 综述了石墨烯基、过渡金属硫族化物(TMDs)和二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)等新型无机二维材料近年来在气体分离膜领域的研究进展, 包括其设计、制造和应用, 探讨了不同材料分离膜的特点、面临的挑战和发展前景。此外, 本文对其他新兴二维材料——层状双氢氧化物(LDHs)、六方氮化硼(h-BN)、云母纳米片等的分离膜研究也进行了概述。最后, 对新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究方向及面临的挑战作出了评价。     

西安建大突破精密离子筛分技术，可应用于工业废水净化等多个场景

正二维(2D)膜在分子分离和传输中表现出特殊的性能,它们在各种广泛应用中能够大展身手.然而,二维膜的精确、快速离子筛分,常常由于水溶液中的离子插层产生溶胀现象,而受到严重限制.来自西安建筑科技大学环境与市政工程学院、陕西省膜分离技术研究院王磊教授科研团队的成员,描述了如何使用Keggin Al13聚阳离子作为Ti3C2Tx膜的支撑,从而有效地稳定层状结构.更重要的是,层间距可以很容易地调整,成功实现11.5～20.0埃米范围内精确调控,并实现选择性和可调的离子筛分.具有窄d间距的膜对一价离子表现出了增强的选择性.     

聚砜有机-无机杂化改性膜的研究进展

聚砜膜具有良好的耐高温性、耐酸碱性能和高的机械性能等,被广泛用于膜分离领域.但由于聚砜膜的表面疏水性,使其在水处理等方面的应用受到一定限制.针对聚砜膜的有机-无机改性,综述了近年来采用无机纳米粒子,如金属氧化物纳米粒子、表面修饰的氧化物纳米粒子、二维(2D)层状材料、金属有机共价材料(MOFs)和其他纳米粒子对聚砜膜的杂化改性及其研究进展,并对存在的问题和应用进行评述和展望.     

Ti3C2系MXene原位制备方法的研究及其二维膜的结构调控

作为具有代表性的二维纳米材料之一,MXene通过层层堆叠可以构建具有分子筛分通道的新型二维分离膜。利用氟化锂/盐酸原位生成氢氟酸的方法,系统地研究了刻蚀液浓度对碳化钛(Ti₃C₂)系MXene纳米片结构的影响,并利用热处理探究了MXene二维膜的结构演变。结果表明,当刻蚀剂中F^-的摩尔质量是Al³⁺的7倍及以上时,能获得较好的单层MXene,且纳米片层之间的层间距随着刻蚀剂中F^-浓度的提高而增大;利用热自交联反应,可以在增强纳米片层与片层之间作用力的同时,改变纳米片的层间距。     

光催化TiO_2复合分离膜的制备技术

纳米TiO2复合分离膜集过滤、光催化降解、自清洁、防垢、提高膜通量等功能于一体,能有效解决传统膜分离系统存在的膜污染和膜通量衰减的问题,对发展新型的膜分离技术、开发纳米光催化新材料,以及在节水减排和中水回用等方面具有重要的应用价值。TiO2复合分离膜涉及TiO2纳米晶的合成和固载化工艺、多孔陶瓷载体的选择、烧结工艺及复合膜的稳定性。本文对目前国内外使用的TiO2复合分离膜的各种制备工艺和方法进行了归纳、总结和分析,并对其今后的发展和应用提供了建议。     

类石墨相氮化碳二维纳米片的制备及可见光催化性能研究

以三聚氰胺为原料制备类石墨相氮化碳(g-C3N4),采用球磨与超声联用技术制备g-C3N4二维纳米片. 利用X 射线衍射光谱(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis)光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、荧光(PL)光谱等分析手段对制备的催化剂进行了表征. 结果表明: g-C3N4二维纳米片具有与体相g-C3N4相同的晶体结构,片层结构仅有5个原子层厚.g-C3N4二维纳米片增加了对可见光的吸收,提高了光生电子-空穴对的分离效率.以染料罗丹明B的降解反应研究了g-C3N4二维纳米片在可见光下的催化性能. 结果表明,球磨超声1 h后制备的g-C3N4二维纳米片表现出最佳的光催化性能, 150 min 内对罗丹明B的降解率高达94%,是体相g-C3N4的2 倍.     

二维层状WS2/MoS2异质结中镧系近红外光子发射与能量转移（英文）

镧系离子由于其独特的光子特性而备受关注.二维层状范德华异质结的光电特性和器件性能受到界面耦合的极大影响,该异质结通常是由两层或多层过渡金属二硫化物(TMD)堆叠而成.本文通过两步合成构建了镧系离子掺杂的层状WS2/MoS2异质结.所制备的掺杂薄膜是在晶圆衬底上生长的高度织构纳米片.更重要的是,由于两个TMD层中镧系离子之间的能量转移,层状异质结的结构减少了因均匀掺杂或浓度猝灭而引起的无益交叉松弛,所制备的堆叠异质结能够在近红外通讯窗口产生高效的光子发射.镧系掺杂和能量转移的研究结果表明,镧系离子可以有效地扩展TMD薄膜的发射波段及其异质结构.本工作所发展的镧系掺杂TMD异质结有助于进一步研究原子级超薄近红外光子器件.     

基于CFD的渗透汽化膜分离技术研究进展

渗透汽化膜分离技术具有低能耗、高分离效率、设备简单等优势，广泛应用于化工、能源等领域.计算流体力学(CFD)模拟以其低成本、可视化等优点为渗透汽化技术发展提供了重要辅助.本文综述了CFD在渗透汽化膜分离过程中的研究进展，并对相关的模拟方法进行了分析与对比.根据简化的传质过程将模拟方法分为拟一级反应法、对流扩散法、质量跳跃法、膜内扩散法.基于此，归纳了操作温度、渗透压强、进料组分、进料流速、膜厚度等相关参数对渗透汽化影响机理，并进一步总结了近年来膜组件结构优化对膜组件流场的影响，展示了CFD技术在渗透汽化领域内的应用潜力.提出了面对未来发展，需要结合最新的传质理论与耦合分子模拟等技术进一步提升模拟精度，并在膜组件结构优化与新型湍流促进器等方面进行探索的建议，以便于实现工业规模应用.     

碳化硼-有机硅二维层状复合材料的制备与动态力学性能

科技发展对材料性能提出越来越高的要求，通过对材料内部结构进行有序排列使其在特定方向上实现性能最佳发挥是目前解决高性能应用需求的一个有效的方法。传统单向冷冻技术无法实现二维有序结构的制备。通过双向冷冻方法制备了厘米级的单取向碳化硼（B₄C）层状结构支架，在其层间填充聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备出具有各向异性的碳化硼-有机硅二维层状复合材料。复合材料的A生长面为PDMS和B₄C骨架的交替排列结构，B生长面为海浪状的堆叠结构，且层状支架在复合材料中保持着明显的二维有序层状结构。复合材料面内最大动态模量各向异性比可达12.9，动态模量表现出明显的佩恩效应。这种方法为二维层状有序复合材料的制备提供新思路。     

霍尼韦尔为浙江石化提供四套变压吸附装置

正我科研人员制备气体分离"大师"从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所杨维慎团队近日在气体分离膜领域取得重要进展,制备了气体分离"大师"——一个厚度小于10 nm的超薄MOF纳米片膜,该膜可单独通过氢气,而将不需要的二氧化碳留下。相关成果以通讯形式发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。所谓气体膜分离技术,是指在一定压力差的驱动下,混合气体透过膜的传输速率不同,达到分离目     

金属有机框架材料在吸附分离领域的研究进展

纳米多孔材料由于具有显著的纳米尺度空间效应,在吸附以及膜分离领域中受到了极大的关注.作为无机多孔材料的延伸,金属有机框架材料(metal organic framework,MOF),由于其较大的比表面积、较高的孔隙率和孔结构可调的特点被广泛地应用于气相储存分离、液相的吸附分离和催化反应等各个领域.本文对MOF的种类进行了分类,并对MOF材料的合成方法和粒径调控机理进行了比较,其中,重点介绍了溶剂热合成法的优点.同时,系统地总结了MOF材料在吸附分离研究中存在的问题和局限,并对先进的基于MOF材料的复合膜制备技术进行了展望;总结了MOF在气体储存分离、液体吸附分离以及膜分离方面的应用.最后,针对复合膜的制备提出了通过改变MOF合成方式改善MOF材料与有机膜相容性的思路.     

剑桥大学发明新型纳米多孔膜材料或将提高膜分离心机技术

英国剑桥大学的科学家最近发明了一种新的纳米多孔膜材料,可以显著提高膜的选择性,其渗透性比传统的商业化分离膜高100~1000倍。研究人员表示,如果能将这种膜制备成商业化组件,将有望为膜分离心机技术带来一场革命。气体膜分离技术可根据各种气体分子的不同渗透性,实现低能耗的选择性分离,广泛应用于空气分离、氢气回收和净化、     

用不含有机模板剂的晶化液在多孔α-Al2O3管上合成ZSM-5沸石膜

采用不含有机模板剂的晶化液在平均孔径为2μm的多孔α-Al2O3管上合成了ZSM-5沸石膜.纳米ZSM-5沸石晶种的摩尔组成为9TPAOH25TEOS0.25 Al2O3480H2O.多孔α-Al2O3载体管外表面用这些粒度为100nm左右的晶种悬浮液浸涂、干燥后,依据纳米ZSM-5沸石晶种的DTA/TG进行煅烧,在不含有机模板剂的摩尔组成为67Na2OAl2O3240SiO26000H2O晶化液中合成了ZSM-5膜.XRD确定膜晶体为ZSM-5沸石,SEM表明沸石膜无缺陷,膜厚度约为8μm.制备的ZSM-5沸石膜H2的渗透率为1.50×10-6mol.m2·S-1.Pa-1,理想分离因数αH2/N2为3.85左右.     

导电聚合物复合透膜的研究进展

导电聚合物复合透膜具有良好的力学性能和独特的电化学性质,是一类新型的分离膜,已在膜分离技术、分子水平上的识别与控制等领域显示出了广阔的应用前景．本文介绍了导电透膜的合成制备方法、形态结构和分离机理,并对导电聚合物复合透膜的性能与结构研究进展以及在液体分离、气体分离方面的应用研究进行了综述．     

二维材料MXene在水处理领域的应用

MXene是一类新兴二维(2D)结构的过渡金属碳/氮化物材料,具有独特的层状结构、亲水性、高导电性和催化活性等特点,在水处理领域受到越来越多的关注.首先介绍了MXene及其合成方法,综述了MXene在吸附、光催化和膜分离等方面的应用.其次讨论了MXene的结构调控、表面改性以及复合等对MXene吸附性能的影响机制和有效异质结的形成、活性晶面的暴露以及贵金属沉积等对MXene基光催化剂催化性能的影响机制;详述了构建高效分离污染物、淡化海水的MXene基分离膜的方法.最后归纳并分析了目前MXene在水处理领域应用中存在的问题,对如何设计性能优异的MXene基水处理材料提出了展望.     

超疏水PDMS/PVDF纳米纤维膜制备及其苯酚分离性能

采用静电纺丝法制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(ATR-FTIR)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、水接触角等仪器对膜进行了表征,并获得了苯酚传质分离性能,讨论了PDMS/PVDF配比对纳米纤维膜结构和性能的影响.结果表明,当质量比PDMS∶PVDF=3∶7时,纳米纤维膜MPDMS3具有最佳微观形貌,厚度30μm,水接触角150°且25℃时总传质系数K_(ov)为16.9×10~(-7) m/s.将制备的膜MPDMS3应用于芳香烃膜分离回收系统(MARS)中分离水中苯酚,75 h后苯酚去除率达到99.7%,具有良好的长期稳定性.     

二维纳米材料MoS_2/WS_2的类氧化酶活性比较及在抗菌中的应用

近年来,二维层状纳米材料在生物医学领域引起研究人员的广泛关注。然而,这些二维层状纳米材料所具备的生物学性质尚未被完全探明,其相应的生物学应用仍有很大的局限性。联合使用超声和溶剂热剥离的方法对二硫化钼(MoS_2)和二硫化钨(WS_2)粉末进行处理,成功制备小尺寸二维层状纳米材料MoS_2和WS_2。通过抗坏血酸催化氧化实验,首次制备得到的二维层状纳米材料MoS_2和WS_2均具有类氧化酶活性,并且纳米MoS_2的类氧化酶活性高于纳米WS_2。进一步实验表明两种层状纳米材料均能够氧化抗氧化生物分子-谷胱甘肽,对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和阳性菌(金黄色葡萄球菌)均表现出有效的抗菌活性。此外,发现MoS_2的抗菌活性高于WS_2,这与两者的类氧化酶活性一致。