天津大学王志教授课题组CO2分离膜研究取得新突破

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近日，天津大学和天津化学化工协同创新中心王志教授与Michael D. Guiver 教授带领的科研团队开发了一种具有贯通通道的分离CO2混合基质膜。该研究成果被《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI：10.1002/ange.201603211）以热点论文发表并配以“媒体推介”（Press Release）重点报道。
从烟道气、天然气、沼气和合成气等含CO2混合气中高效分离CO2是实现温室气体减排和能源气体纯化的重要手段。与其它分离方法相比，膜分离具有耗能低和操作方便等优点，因此膜分离CO2技术引起了国内外研究者们的广泛关注。
研究人员表示，首先，一种聚合物被固定在多孔聚砜膜上，固定在聚砜上的聚合物链段在溶剂中自由伸展且相互之间近似平行，然后，一种硅烷偶联剂被用来连接聚合物链段和改性蒙脱石的片层，这样可使改性蒙脱石中的片层间隙平行于聚合物链段，则层间隙可认为是垂直贯通膜的。改性蒙脱石片层的表面羟基可与CO2发生可逆作用，使CO2优先吸附在层间隙中，并限制了其它气体分子的吸附。因此，改性蒙脱石的层间隙是CO2的高速传递通道，这种膜具有高的CO2透过选择性能，可从含CO2混合气中高效分离CO2。
天津大学王志教授课题组长期致力于CO2分离膜的研究，得到了国家自然科学基金重点项目、国家973计划和863计划、天津市科技支撑计划以及企业合作项目的支持，形成了从膜材料设计和膜制备到膜组件研制和膜装置开发的完整技术链条。为突破CO2分离膜的性能瓶颈，提出了“多层次综合调控膜结构以及实现多种选择机制在膜内并存”的制膜思路，从综合调控膜结构、联合多种选择机制、构筑CO2高速传递通道以及构筑高效仿生结构等方面设计和制备高性能膜材料。针对实际分离体系中各种杂质气体的影响，选择含有抗氧化性和耐酸性功能基团的膜材料，提高膜的耐杂质性能。成功开发了多种性能处于世界先进甚至领先水平的CO2分离膜。相关研究成果已在《Angewandte Chemie International Edition》、《Advanced Materials》、《AIChE Journal》、《Energy & Environmental Science》、《Journal of membrane Science》等国际期刊发表论文46篇，获授权国家发明专利18项，建立了不同规模的制备CO2分离膜及膜组件试验装置以及膜分离沼气脱碳工业试验装置。

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来源：天津大学

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