新型多孔材料有望替代活性炭

昨日从浙江省科技厅获悉，在浙江省自然科学基金支持下，中科院宁波材料所陈亮课题组承担的新型杂化金属有机骨架材料设计及其电子结构与构效关系研究项目取得了重大突破，开发的新型多孔材料凭借性能上的卓越优势，有望在气体吸附、分离等领域取代传统的活性炭材料。
　　众所周知，活性炭材料因表面积大具有良好的吸附能力，被广泛应用于生产、生活中，如吸附甲醛、净化空气、处理废水等。陈亮课题组开发的新型金属-有机骨架材料，具有更高的比表面积和可调节的孔径结构，在气体吸附、存储、分离、催化及传感等领域具有很好的应用前景。课题组在对该材料金属位点进行过渡金属掺杂改性后，在国际上首次将其与有机硅合成杂化膜材料。基于该技术，中科院宁波材料所与赢创德固赛(中国)开展项目合作，联合成立了石油和化工行业膜法CO2分离技术工程研究中心，由陈亮担任该中心技术委员会主任。
　　据陈亮介绍，比表面积是评价多孔材料吸附性能好坏的一个非常重要的参数，比表面积越大，意味着材料的吸附能力越强。单从比表面积来对比，1克新型金属有机框架材料最高达7000多平方米，而作为典型的多孔材料，优质活性炭的比表面积约2000平方米/克，普通活性炭仅仅有几百平方米/克。
　　陈亮表示，相比于颗粒状的多孔吸附材料，将金属有机骨架材料与有机硅制备成杂化膜更有应用前景。例如在页岩气提纯工艺中，筛分效应往往被用于甲烷与二氧化碳的分离，杂化膜能够充分利用二氧化碳和甲烷分子直径不同的特点，通过控制多孔材料孔径对两者进行分离。而作为该项成果的最大创新点，金属有机骨架材料与有机硅制备的杂化膜厚度十分“薄”，仅为50~150纳米，从而保证了气体透过性好、效率高，相比于传统的变压吸附等气体分离技术，极大的节约了能耗，降低了工艺复杂度。