近日，我所无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队制备出致密、稳定的异质晶格共生型（hetero-lattice intergrown, HLI）金属-有机骨架（metal-organic framework, MOF）膜，可实现多元醇与水高效分离，获得聚合级乙二醇，与传统减压精馏相比可节省能耗约32%，具备工业应用前景。
乙二醇等短链多元醇是重要的化工原料，工业上主要以水合环氧乙烷和生物质转化路线制备得到，其粗产品中往往含有大量水。渗透气化膜分离技术有望实现乙二醇与水的高效分离，但要求膜具备高度致密和稳定的微结构，以应对严苛的液相分离环境。MOF膜的发展为高效化工分离带来机遇，但目前多应用于温和场景下的气体分离。
基于上述问题，研究团队选取两种不同晶格的MOF材料——MIL-53（Al）和amino-MIL-101（Cr），通过分步模块化学策略，成功构建了致密、稳定的HLI膜。团队首先在氧化铝陶瓷载体表面构筑棒状MIL-53（Al）阵列基层，再通过二次溶液生长，使amino-MIL-101（Cr）纳米粒子嵌入MIL-53阵列间隙；通过高分辨扫描、透射电子显微技术与二维拓扑模拟发现，两种材料在特定化学环境下的生长互补，以及异质晶格间的紧密连接，是获得致密、稳定HLI结构的关键。
研究发现，HLI膜呈现优异的乙二醇脱水分离性能，连续运行675小时性能保持不变；可耐受反复的超声波冲击，10余次处理性能无衰减；可承受6bar的高压气体。经过工业路线设计模拟，通过HLI膜渗透气化技术进行乙二醇脱水精制，其能耗与传统减压精馏技术相比，降低约32%。
相关工作以“Hetero-Lattice Intergrown and Robust MOF Membranes for Polyol Upgrading”为题，发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被选为“Hot Paper”。该工作的第一作者是我所504组博士研究生王悦诚。以上工作获得国家自然科学基金等项目的支持。（文/图 班宇杰、王悦诚）
