我国科学家研发出新型高效碳捕集膜

中化新网讯 近日，天津大学姜忠义、何光伟团队在《自然·能源》发表论文，宣布成功研制出一种新型全有机混合基质膜，突破了膜分离性能与加工性难以兼顾的瓶颈。该成果为开发兼顾性能、稳定性和加工性的膜材料提供了新思路，有望在电力、钢铁、水泥等行业的烟气碳捕集中应用。

工业烟气中的二氧化碳浓度较低但总量很大，传统分离捕集方法能耗高、成本高。膜分离技术绿色、低碳、节能，被认为是极具潜力的碳捕集技术。但是工业烟气碳捕集分离膜既要让二氧化碳快速通过，又要有效截留其他气体，还需保持长期稳定，且易于规模化加工，成为碳捕集膜材料研究的前沿与挑战。

混合基质膜兼具聚合物的加工性与多孔填料的高效传输能力，在低能耗碳捕集中占据重要地位。但材料复合存在相容性问题，填料的传质优势难以充分发挥。对此，天津大学研究团队受细胞膜全有机组成和镶嵌结构启发，提出“弱界面力镶嵌”策略，将规整有序孔道的单晶共价有机框架（COF）与聚合物复合，研制出全有机混合基质膜。通过协调“填料—聚合物”与“填料—填料”相互作用，使COF以高填充量均匀“嵌”入膜中，在分子输运中发挥重要作用，同时保留膜的柔性与溶液加工性，构建起二氧化碳超快传输通道。

在模拟烟气混合气测试中，团队制备出的全有机混合基质膜的二氧化碳渗透率实现数量级上的提升，突破了文献纪录值，达到模型预测纯COF膜理论值的约70%。该膜还展现出良好的长期稳定性，在含水分、硫氧化物和氮氧化物的测试条件下性能保持稳定。

在进料含15%二氧化碳、压力为200千帕的两级膜分离流程中，模型得到90.0%的二氧化碳回收率和91.3%的产品纯度，估算捕集成本约为38美元/吨二氧化碳。

据介绍，相关研究成果有望推广至其他有机填料—聚合物体系，为下一代兼具高性能、长期稳定和可规模化制备的全有机复合膜提供设计依据，也为碳捕集及其他能源相关分离过程开辟新路径。（徐岩）