开发高效碳捕获技术是实现碳中和目标的最关键一步，预计到2027年，其全球市场价值将达到61.3亿美元。近年来，基于先进膜技术的高效CO2分离策略显著促进了碳中和的发展。其中，混合基质膜 (MMM) 凭借其出色的可加工性和优异的气体分离性能，有望实现可持续的节能碳捕获，是当前最有前途的节能气体分离解决方案之一。然而，传统的MMM合成方法不可避免地面临着填料-聚合物界面相容性差、填料团聚和负载受限等挑战。
哈尔滨工业大学邵路教授等人受自然界根瘤菌共生关系的启发，设计了一种通用的自下而上的方法，用于在聚合物基质中进行原位纳米级金属有机框架 (MOF) 组装。该策略克服了传统方法的弊端，显著增强了MOF的界面相容性，并在合成的MMM中实现了前所未有的高达67.2 wt%的负载量，同时不会牺牲膜的机械强度。该方法同时提高了二氧化碳的渗透性和选择性，即使在长期测试中也能保持卓越的碳捕获性能。这种受自然界根瘤菌共生关系启发的仿生策略可能为下一代MMM铺平道路。该研究以题为“Symbiosis-inspired de novo synthesis of ultrahigh MOF growth mixed matrix membranes for sustainable carbon capture”的论 发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上。
【MMM的原位合成】
图1通过共生启发的原位生长方法制备ZIF-8/PIM-1
【气体分离性能】
图2 MMM的气体分离性能
图3 MMM的气体分离机制
【共生启发策略的优越性】
图4不同方法的气体传输示意图
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