可大规模生产的高效气体分离膜

金属有机框架（MOF）膜在气体分离领域潜力巨大，但长期面临‘高性能’与‘可量产’难以兼顾的难题：实验室制备的高纯MOF膜性能优异，却难以放大；而加入聚合物的混合基质膜虽易加工，性能又常打折扣。本研究突破性地提出‘准纯MOF膜’新架构——MOF体积占比超过90%，几乎不含传统粘结剂或填充剂。其核心在于‘融合相’工艺：将MOF晶体与少量聚合物分子级融合，形成类似均一连续相的结构，使MOF颗粒表面获得类似聚合物的流变特性。这样即使在极高固含量下，也能通过调控浆料流变行为，形成均匀、稳定、无缺陷的絮凝网络膜层。研究人员用三种典型MOF材料（ZIF-67、CALF-20和CuBDC）成功制备了此类膜，并在丙烯/丙烷分离、乙烯/乙烷分离、碳捕集和氢气纯化等关键工业场景中验证了其优异性能。尤为关键的是，该技术已在工业产线实现连续卷对卷（roll-to-roll）规模化制造——在合作企业深圳高级技术材料公司，成功批量生产出取向明确的（110）晶面ZIF-67准纯膜。实测显示，该膜对丙烯/丙烷混合气的分离性能达到：丙烯渗透率达约160 barrer，混合气选择性约100。这一性能足以直接产出符合聚丙烯生产要求的‘聚合级丙烯’。经技术经济分析，相比目前主流的高能耗精馏工艺，采用该膜技术可降低约80%的分离纯化成本。本成果有效弥合了先进结晶膜材料从实验室到工厂应用之间的鸿沟，为能源密集型化工过程的节能降耗提供了切实可行的新路径。