膜分离技术是适应当代新产业发展最有前途的分离技术之一。与传统的分离净化工艺相比，膜分离技术分离条件温和，选择性更高，逐渐在石油、天然气、化工、医药、轻纺、冶金、电子、食品、环保、海水淡化等领域得到广泛关注和应用。与其他聚合物分离膜相比，自聚微孔聚合物中大量的微孔可为气体提供良好的传输通道，备受全球学者的关注。然而，孔径分布宽和难调控是其进一步提升气体分离效率瓶颈难题。
近期，中国科学院山西煤炭化学研究所李南文研究员课题组、覃勇研究员课题组与天津工业大学马小华教授合作，在自聚微孔聚合物孔径调控和气体分离方面取得新进展。该工作以自具微孔聚合物（PIM-1）为基础，利用原子层沉积技术（Atomic layer deposition, ALD)，在原子尺度上精准调控PIM-1的孔结构，获得孔径在2.9-3.8Angstrom范围精准可调的膜材料，实现了二氧化碳/甲烷、氧气/氮气和氢气/甲烷的高效分离。
原子层沉积技术应用于PIM-1中实现孔径调控具有独特优势。首先，采用ALD沉积氧化铝，通过控制沉积循环数实现PIM-1微孔的孔尺度的精确调控。其次，通过ALD处理的PIM-1可在保持原有的薄膜高渗透通量同时显著提高气体分离选择性，其氧气/氮气和氢气/甲烷选择性远远高于2015年的Trade-off上限，二氧化碳/甲烷选择性高于最新的upper bound上限。此外，氧化铝与PIM-1的键合作用还能提升薄膜机械性能和稳定性。
这种精准调控孔径的方法为现阶段气体分离膜材料所面临的瓶颈提供了一种新策略，具有广泛的普适性，为PIM-1工业化应用奠定了良好基础。该成果近日发表在《德国应用化学》。
相关论文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202016901
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