MOFs基混合基质膜碳捕集研究进展
杨振铎
樊江雪
孟祥贇
连少翰
河北科技大学环境科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省污染防治生物技术实验室,河北石家庄 050018
摘要：气体分离膜技术凭借其运行能耗低、无相变过程及环境友好特性,已成为传统分离工艺的替代方案.特别是在"碳中和"战略背景下,开发高效碳捕集技术对减缓气候变化具有关键意义.金属有机框架(MOFs)材料因其独特的结构可设计性与功能多样性,为构建高性能混合基质膜(Mixed Matrix Membranes,MMMs)提供了全新思路,展现出突破"Trade-off"限制的潜力.系统分析了MOFs基MMMs中研究进展,通过将MOFs材料(具有可调孔结构、超高比表面积及多功能性)与聚合物基质的互补结合,突破聚合物膜的性能极限.首先阐释气体分离膜的基本原理及MOFs的理化特性,继而深入解析MOFs基MMMs的设计思路.重点探讨其性能、精准可调的孔径分布及CO2选择性吸附机制.针对碳捕集应用,对比评述了 ZIF(Zeolitic Imidazolate Framework)、UiO(University of Oslo)和MIL(Materials of Institute Lavoisier)3类MOFs的结构-性能关系.通过对比溶液浇铸、原位生长和界面聚合等制备工艺,揭示了 MOFs-MMMs构建过程中的关键工艺路径.结合CO2渗透率、选择性系数等核心指标,剖析了界面缺陷形成、纳米粒子团聚等关键挑战.汇总整理了抗老化膜设计、规模化生产成本评估等最新突破,同时指出当前MOFs在规模化应用中面临合成成本高、长期运行稳定性不足、有机-无机界面的相容性较差等问题.最后提出未来需材料科学、化学工程与环境技术等多学科协同创新,推动MOFs-MMMs技术的工业化进程,提供应对气候变化的先进气体分离解决方案.
关键词：金属有机框架混合基质膜气体膜分离性能优化CO2捕获
分类号：X511(大气污染及其防治)
资助基金：河北省自然科学基金资助项目(B2024208037)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-23（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 39-50 )
英文信息