洁净煤技术

作者：杨振铎, 樊江雪, 孟祥贇, 连少翰

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

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。

来源：2025年第8期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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