“反客为主”的纳米填料 让分离膜渗透性、拦截性双升

【寻材问料】

科技日报讯 （记者金凤 通讯员朱琳）对于用作空气净化、海水淡化的分离膜来说，渗透性越好分离效率就越高。但如果提高膜的渗透性，往往杂质也会渗透进来；而如果提高膜对杂质的拦截性，渗透性就会降低，分离效率也会随之下降。如何兼顾渗透性和拦截性，一直是行业难题。

9月24日记者获悉，南京工业大学领衔的科研团队发明出“固态溶剂法”，并利用这种方法制备了一种超薄分离膜，膜的厚度仅为50纳米，而填入的纳米材料含量高达80%以上，实现了膜的渗透性和拦截性的数量级提升。研究成果近日刊发在国际学术期刊《科学》上。

近年来，科学家一直在探索如何将高性能的纳米材料掺杂在高分子材料中，以制备兼具渗透性和拦截性的混合基质膜。但受制于技术瓶颈，混合基质膜仍未实现大规模应用。

“有些纳米材料有孔，而且是均匀的。在高分子材料做成的膜中，纳米材料加得越多，膜中均匀的孔就越多，膜拦截杂质的效率和精度就越高。但以往把纳米材料填入高分子材料后，二者不相溶，纳米填料容易沉降。”论文第一作者、南京工业大学陈桂宁博士告诉科技日报记者。

“针对这个问题，我们将纳米填料的原材料溶解在高分子材料中，然后再将原材料通过反应转化成纳米填料，得到均匀、超薄的分离膜。”论文共同通讯作者、南京工业大学金万勤教授说，该方法既能让纳米填料和高分子材料相溶，又能在膜上形成均匀的孔隙，纳米填料在混合基质膜中的含量远远超过高分子材料，实现了“反客为主”，为分子提供超快传输通道。

论文共同通讯作者、南京工业大学刘公平教授介绍，实验表明，这种混合基质膜对于氢气和二氧化碳的分离性能高出传统分离膜1至2个数量级。

“用‘固态溶剂法’更容易制备超薄的平板型和中空纤维型混合基质膜。”刘公平说，该方法适用于不同类型的填料和高分子基质，表现出良好的规模化制备前景与膜材料普适性。

“研究首次从实验上证明了制备具有超高含量纳米材料的超薄分离膜的可行性，也为发展基于纳米材料的超薄分离膜及功能涂层提供了新思路和理论技术基础。”金万勤介绍，该混合基质膜在碳捕集等过程中极具应用潜力，有望助力我国“双碳”目标的实施。

封面来源：图虫创意