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东华大学:纳米多孔工程海绵纤维分子筛,实现精准分子分离
高分子科学前沿 / 时间:2021-08-12 23:31:32

新材料在线8月11日讯:分子分离技术(MST)是各种工业分离应用中广泛而有效的方法。传统的MST主要通过精馏、超临界流体萃取等复杂、耗能、大规模的单元操作过程实现,能源消耗巨大。使用分子筛膜的吸附分离由于其能源需求低、易于操作和环境足迹小等优点,正成为一种有前途的替代方法。值得注意的是,作为关键组分,纳米多孔分子筛对于实现高效分离具有至关重要的意义。然而,现有的分子筛,例如MOF和多孔碳等通常呈离散粉末的形式,实际应用中,它们需要集成在膜的基材上,会不可避免地下落和聚集,堵塞膜通道,降低分离性能。聚合物纤维分子筛 (PFM) 具有超高表面积、明确的默里定律分级纳米孔结构和优异的自支撑性能,在MST应用中具有十分诱人的前景,然而,开发此类PFM极具挑战性。

为应对上述挑战,来自东华大学的俞建勇、丁彬、斯阳团队采用一种跨尺度成孔策略,通过分子水平上的纳米空间限制链堆积,包括可控溶胀、自交联、纳米空间限制的溶剂编织等,构建具有三元嵌套大孔/介孔/微孔结构的海绵状聚合物电纺纤维分子筛(PEFS)。海绵状PEFS具有860 m2·g-1的极高表面积(已知的电纺聚合物纤维的最大值),孔的总体积为0.6 cm3·g-1。由于相互连接的孔道和丰富的超微/微孔位点的协同作用,海绵状PEFS在苯乙酮/苯乙醇分离、过氧化氢纯化、乙酸乙酯分离和CO2吸附方面表现出优异的分子筛分性能。该研究以题为“Tailoring Nanoporous-Engineered Sponge Fiber Molecular Sieves with Ternary-Nested Architecture for Precise Molecular Separation”于8月2日发表在《ACS NANO》上。

【小结】

作者通过分子水平的空间限制链堆积来制造纳米多孔海绵状纤维分子筛。与传统的粉末型分子筛不同,制备的PEFS具有跨尺度孔隙,包括超微孔(<7 Å)、微孔(<2 nm)、中孔(2-50 nm)和大孔(~200 nm)。由于具有遵循默里定律的三元嵌套多孔结构、860 m2·g-1超高表面积、0.6 cm3·g-1大孔体积的综合特性以及AP/PE分离、EA分离、H2O2纯化和CO2吸附的多功能性,PEFS在传感、催化、筛分和储能等领域具有巨大的应用前景。


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