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納米填料“反客為主”,打造高性能膜
對于用作空氣凈化、海水淡化的分離膜來說,如果滲透性好了,雜質(zhì)就會滲透進(jìn)來,而如果膜對雜質(zhì)的攔截性提高了,滲透性就差了。如何兼顧滲透性和攔截性,是行業(yè)難題。9月22日,國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊發(fā)的一篇研究成果,提出了一種新策略。在這篇論文中,南京工業(yè)大學(xué)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊發(fā)明出“固態(tài)溶劑法”,并利用這種方法制備了具有超高含量納米材料的超薄分離膜,膜的厚度僅為50納米,而填入的納米材料的含量高達(dá)80%以上,實(shí)現(xiàn)了膜的滲透性和攔截性的數(shù)量級提升。
金萬勤團(tuán)隊在研究討論膜樣品(從左到右分別為陳桂寧、金萬勤、劉公平)。南工大供圖
近年來,科學(xué)家一直在探索如何將高性能的納米材料摻雜在高分子材料中,以制備兼具滲透性和攔截性的混合基質(zhì)膜。但受制于技術(shù)瓶頸,混合基質(zhì)膜仍未大規(guī)模應(yīng)用。
“有些納米材料有孔,而且是均勻的,在高分子材料做成的膜中,納米材料加得越多,膜中均勻的孔就越多,膜攔截雜質(zhì)的效率和精度就越高。但問題是,以往把納米材料填入高分子材料后,二者不相溶,納米填料容易沉降。”論文的第一作者、南京工業(yè)大學(xué)陳桂寧博士告訴科技日報記者。
“針對這個問題,我們將納米材料的原材料溶解在高分子材料中,然后再將原材料通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化成納米材料,得到均勻、超薄的分離膜?!闭撐牡耐ㄓ嵶髡摺⒛暇┕I(yè)大學(xué)金萬勤教授說,該方法既能讓納米填料和高分子材料相溶,又能在膜上形成均勻的孔隙,納米填料在混合基質(zhì)膜中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高分子,實(shí)現(xiàn)了“反客為主”,為分子提供超快傳輸通道。
論文的共同通訊作者南京工業(yè)大學(xué)劉公平教授介紹,實(shí)驗表明,這種混合基質(zhì)膜表對于氫氣和二氧化碳的分離性能高出傳統(tǒng)分離膜1至2個數(shù)量級。
“用‘固態(tài)溶劑法’更容易制備超薄的平板型和中空纖維型混合基質(zhì)膜?!眲⒐秸f,該方法適用于不同類型的填料和高分子基質(zhì),表現(xiàn)出良好的規(guī)?;苽淝熬芭c膜材料普適性。
“研究首次從實(shí)驗上證明了制備具有超高含量納米材料的超薄分離膜的可行性,也為發(fā)展基于納米材料的超薄分離膜及功能涂層提供了新思路和理論技術(shù)基礎(chǔ)?!苯鹑f勤介紹,該混合基質(zhì)膜在碳捕集等過程極具應(yīng)用潛力,有望助力我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施。
編輯:馬嘉悅