中科院宁波材料所：MOF材料或将代替用了半世纪的活性炭！超强吸附！

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吸附甲醛、净化空气、处理废水，对于活性炭材料的“神奇”能力，人们已不陌生，这种诞生于上世纪的材料，因具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力，广泛应用于生产、生活中。

不过随着科技的进步，拥有比活性炭比表面积更大、吸附能力更强的材料正从实验室迈向应用化。日前，记者从中科院宁波材料所了解到，由该所陈亮课题组领衔的“新型杂化金属有机骨架材料”取得突破，将为气体吸附、分离等取代活性炭材料带来可能。

▲陈亮研究员

▲新型气体分离材料原理示意图

比表面积抵过足球场

01

性能甩了活性炭几条“大街”

在浙江省自然科学基金的支持下，陈亮课题组完成了“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的研究”项目，成功的开发出了新型多孔材料，并在国际上首次将其与有机硅合成杂化膜材料用于气体分离。

“这些是涂上了新型杂化金属有机多孔材料的中空陶瓷管，在小试阶段就已经显示出了其强大的气体分离能力。”在实验室里，陈亮向记者展示了这部分的科研成果。陈亮介绍，新型金属有机框架材料的性能可以说甩了活性炭好几条“大街”——从最主要的比表面积看，1克新型金属有机框架材料最高能达到了7000多平方米。

7000平方米是什么概念呢？几乎相当于一个标准足球场。

陈亮告诉记者，评价多孔材料吸附性能的好坏，“比表面积”——单位质量物料所具有的总面积是一个非常重要的参数，“比表面积越大，意味着材料的孔越多，能够装下的东西越多，最直观的就是吸附能力越强。”

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，而普通的则仅仅只有几百平方米/克。

▲微观的电镜图

首创金属有机框架/有机硅杂化膜

02

低成本高效率的分子筛分效手段可期

金属-有机骨架材料因其具有较高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，在国际首创将其与有机硅合成杂化膜材料。

“相比于颗粒状的多孔吸附材料，杂化膜更有应用前景。”陈亮表示，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，通过控制多孔材料孔径对两者进行分离。”

陈亮还介绍说，作为成果最大创新点，将金属有机骨架材料与有机硅制备成杂化膜后的厚度十分“薄”，大约仅为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。”

基于该技术，课题组在企业合作上更是迈出了坚实一步：与赢创德固赛（中国）开展项目合作，并联合成立石油和化工行业“膜法CO2分离技术工程研究中心”，陈亮也担任该中心技术委员会主任。

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来源｜中科院宁波材料所

编辑｜DT象博士

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