对于大型工业来说，化学过程中的分离操作是最消耗能源和金钱的，因此，为了在效率和环境保护方面实现可持续生产和发展，化学工程师现在和未来几十年要克服的最重要的挑战之一。制药产品的精炼、废水的净化或天然气的净化，以及其他分离操作，在世界各地的每一个化学工业中都存在。

传统上，化学混合物的分离是在极端温度下的巨大蒸馏塔中进行的，这是一种能源和空间消耗。然而，膜的使用提高了其中一些过程的效率:由廉价的聚合物材料制成，它们可以被塑造成微小的中空纤维(直径0.5毫米)或螺旋伤口，并被商业应用于例如透析，反渗透或纳滤。因此，数千米的膜可以被放置在小体积中:一个比足球场大的区域被折叠成仅占一立方米。膜作为屏障，只有其中一种组分的渗透是有利的。

无论如何，膜的特性并不像期望的那样好，因为生产率和分离质量之间的内在权衡(称为选择性)实现。为了克服这一缺点，可以在原始膜的表面添加或沉积一些纳米材料，从而大大提高膜的性能。

图1所示。ZIF-93晶体生长在聚合物中空纤维膜内，选择性地将H2和CO2分子与较大的CH4分离。微流体的环保制造使残留废水最小化。

其中最有前途的是，zif(来自沸石咪唑石框架)是由金属盐和有机配体在非常柔软的条件下反应产生的粉状材料。它们大多是空的，它们的原子是结晶的，有序地形成了几个阿姆斯特朗大小的有规则的空腔(Å，比沙粒小5000倍)。在我们的工作中”高选择性ZIF-93膜内共聚酰亚胺P84中空纤维气体分离发表于RSC化学通讯ZIF-93晶体在聚合物中空纤维内生长，形成膜。只有最小的气体分子(H₂和有限公司₂尺寸分别为2.8和3.3 Å)被允许通过它们的腔(尺寸为3.6 Å)，而较大的CH₄(3.8 Å)被保留(见图1)。这就是二元气体混合物如何在没有任何重要能量输入的情况下进行分裂(除了进料流的加压)。60 * H₂每个CH的分子数₄其中一种能够在35℃下通过我们的膜，甚至在100℃下几乎可以通过100倍，这些都被收集起来并在之后的气流中进行分析。这些气体富含H₂之后可以用来表示H₂-车辆供油替代或清洁能源生产。同样的,公司₂富流将被处理，以减少大气中的温室效应。

但是，这种出色的分离并不是我们小组开发的膜制造方法的唯一优点。与文献中先前的替代方案相比，使用小型泵，仅沿着每个中空纤维的内部体积缓慢地推动试剂，大大减少了危险化学品和石油衍生物溶剂的支出。这种方法，被称为微流体，还可以轻松控制其他一些制造参数，并减少放大效应:我们的膜可以根据需要以简单的方式定制和尺寸，并适用于不同的问题，如便携式加油站，控制烟气排放等。

综上所述，具有定制特性和极窄孔隙度的新材料，如zif，可以沉积在廉价的聚合物膜上，可以在化学工业非常感兴趣的气体混合物分离方面取得前所未有的成果。这些方法将导致在效率和环境保护方面逐步加强化学过程。

出版

高选择性ZIF-93中空纤维膜气体分离。
王建军，王建军，王建军，王建军
化学通讯(Camb)。2015年6月30日

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