哈工大邵路教授團隊Prog. Mater. Sci. 綜述：面向可持續發展的超快分子分離膜：從傳統聚合物到新興材料

【引語】

傳統的分離技術包括蒸餾、變溫/變壓吸附和萃取，被廣泛應用于生物制藥、食品、農業、化工和石化等行業。然而這些能源密集型技術在生產過程中碳排放量巨大，容易造成二次污染。與之相比，膜分離過程具有低能耗，空間利用率高，分離過程無相變等優勢。近年來，全球能源短缺和各種各樣環境問題的出現，加速了膜分離技術的發展，尤其是利用納米技術進行膜組裝和膜分離技術的商業化。分離膜選擇層的厚度和孔隙率對 于獲得高通量的聚合物膜至關重要。傳統的分子篩型超濾膜和納濾膜大多具有較厚的選擇層，其孔隙率低，孔徑分布較為廣泛，嚴重限制了其應用。近年來，科研工作者利用先進的納米技術、新型的膜材料、膜制備技術和膜過程，逐漸可以制備出具有密集分子通道的超薄分離膜。這些膜的孔徑在0.5~ 5nm之間，對于去除水或有機溶劑中的小分子具有非常理想的效果，并且具有高于傳統分離膜幾十或上百倍的液體通量，因此稱之為超快分子分離膜(ultrafast molecular separation UMS)。

【成果簡介】

近日，哈爾濱工業大學邵路教授與馬軍教授、田納西大學Zhanhu Guo教授和愛丁堡大學Cher Hon Lau研究員（共同通訊作者）等合作在Progress in Materials Science上發表了題目為“Towards Sustainable Ultrafast Molecular-Separation Membranes: from Conventional Polymers to Emerging Materials”的前瞻性綜述文章。博士生程喜全（目前任職哈工大威海校區）為第一作者，博士生王振興（目前任職南昌大學）、博士生姜旭等人參與撰寫該論文。邵路教授團隊近年來致力于研究新型納米復合材料和仿生材料在分離膜（氣體分離和水處理）中的應用以及先進分離膜的制備，并取得了一系列的重要成果。這篇綜述在詳細分析了現有膜分離技術的瓶頸和近年來新型納米材料在膜分離材料中的應用后，提出了未來分離膜的發展方向——具有超薄分離層和窄孔徑分布的超快分子分離膜(ultrafast molecular separation： UMS)。文中詳細論述了超快分子分離膜的設計理論、制備方法和制備材料，并展望了超快分子分離膜發展過程中出現的技術性難題和可能的解決方法。

【圖文導讀】

圖1.UMS結構示意圖及分離過程示意圖

圖2.傳統超濾/納濾膜制備方法(I) 相轉化, (II) 界面聚合 (III) 表面涂覆

圖3. PIM基UMS制備示意圖及性能表征

圖4. 通過建立犧牲層制備UMS 膜和交聯鐵蛋白膜的性能

圖5. (I) 納米通道GO膜制備過程，(II) 納米通道GO微觀膜結構 (III) 表面涂覆NSC-GO膜的壓力響應

圖6. (I) 具有均勻孔道的BCP 膜的典型組裝過程，(II)3D打印成膜結構，(III) 呼吸圖法典型過程

圖7. 鉆石型結構碳膜的CVD制備過程及其性能

圖8. 具有非對稱粒子結構的Janus 膜

文獻鏈接：Towards Sustainable Ultrafast Molecular-Separation Membranes: from Conventional Polymers to Emerging Materials（Prog. Mater. Sci., DOI:10.1016/j.pmatsci.2017.10.006）

【團隊簡介】

邵路教授目前為哈爾濱工業大學化工與化學學院膜科學與技術方向帶頭人。該科研團隊主要圍繞環保、能源方向在膜分離和功能（復合）材料方面進行了較深入系統的工作，取得了系列高水平成果。負責包括國家自然科學基金面上項目、石化聯合基金、科技部國際合作項目、教育部新世紀優秀人才支持計劃等多個國家級、省部級項目。在Energy & Environmental Science, Journal of Membrane Science, Progress in Materials Science,?Progress in Polymer Science、Advanced Energy Materials、Materials Horizons, Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces, ChemSusChem, Chemical Engineering Journal等期刊發表SCI論文90篇，?SCI引用2200余次，Sci h-index (高因子) = 28,?七篇文章入選ESI高引論文（前百分之一），二篇文章入選ESI熱點論文（前千分之一），google scholar引用2900次。戳我查看邵教授個人主頁，谷歌學術主頁。

本文由哈爾濱工業大學邵路教授提供。

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