近日，我所能源催化转化全国重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、班宇杰研究员等在超薄聚合物膜表面组装出海绵状金属—有机框架结构，实现了氢气（H2）与多种轻烃的分离，为炼厂尾气中氢资源回收与轻烃减排提供了新策略。
石化工业排放气中常含有副产氢与多种轻烃（C1-C4），其高效分离兼具经济与环保双重意义。传统聚合物膜的渗透性与选择性之间存在制约关系。例如，交联型硅橡胶膜自由体积较大，气体渗透性较高，但对H2/轻烃的分离选择性有限。
在本工作中，为实现膜分离性能的提升，研究人员首先通过配位化学作用在金属—有机框架ZIF-8纳米粒子表面枝接含硅氧烷的基团，使其具备与硅橡胶膜偶联的能力。随后，科研人员将纳米粒子旋涂于未完全固化的活性超薄聚硅氧烷膜（厚度约10 nm）表面，利用涂覆过程中的径向离心力与ZIF-8—聚合物之间的法向化学钉扎力协同作用，在聚合物膜表面构筑出具有海绵网络结构的ZIF-8功能层（厚度约125 nm）。该结构类似分子“迷宫”，轻烃在其中的反复吸—脱附过程延迟了跨膜传输，提升了H2/轻烃分离选择性。该膜具有良好的运行稳定性，在对模拟工业尾气的分离中，可将10%的氢气富集到83%，同时将C1-C4轻烃排放降低78%。
相关成果以“Assembly of Sponge-like Metal-Organic Framework Architecture on an Ultrathin Polymer Membrane for Various H2/Hydrocarbon Separations”为题，于近日发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该工作的第一作者是我所504组博士研究生刘嘉懿。以上工作得到国家自然科学基金、能源催化转化全国重点实验室等项目的资助。（文/图 刘嘉懿、班宇杰）
