膜分離的案例
最全膜分離技術(shù)詳解
膜是一層薄的阻擋層，在外界能量作用下，憑借各組分在膜中傳質(zhì)的選擇性差異，對多組分的流體物質(zhì)進行分離、分級、提純和富集的方法。
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膜的定義
膜是一種起分子級分離過濾作用的介質(zhì)，當(dāng)溶液或混和氣體與膜接觸時，在壓力下，或電場作用下，或溫差作用下，某些物質(zhì)可以透過膜，而另些物質(zhì)則被選擇性的攔截，從而使溶液中不同組分，或混和氣體的不同組分被分離，這種分離是分子級的分離。
膜的定義
一種最通用的廣義定義是“膜”為兩相之間的一個不連續(xù)區(qū)間。因而膜可為氣相、液相和固相，或是他們的組合。簡單的說，膜是分隔開兩種流體的一個薄的阻擋層。描述膜傳遞速率的膜性能是膜的滲透性。
以常見的超濾過程為例，分離機理主要為篩分：膜表面有微孔，流體流經(jīng)膜一側(cè)的表面時，部分較小的分子隨部分溶劑穿過膜到達另一側(cè)，形成透析液，而大分子則被截留在原來的一側(cè)，形成截留液，從而達到了將大分子溶質(zhì)與小分子溶質(zhì)及溶劑分離開的目的。
形象地說，膜就像一張篩網(wǎng)，可以攔下大的、透過小的。但這張篩網(wǎng)與眾不同的是它的孔徑很小，進行的是大小分子的分離。我們只要選擇合適孔徑的膜，就可以進行所需的分子級分離。
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膜分離技術(shù)的定義
把上述的膜制成適合工業(yè)使用的構(gòu)型，與驅(qū)動設(shè)備（壓力泵、或電場、或加熱器、或真空泵） 、閥門、儀表和管道聯(lián)成設(shè)備。在一定的工藝條件下操作，就可以來分離水溶液或混和氣體。透過膜的組分被稱為透過流分。這種分離技術(shù)被稱為膜分離技術(shù)。
展開 氨基酸分離純化的膜分離工藝
在這種形式下，
膜分離技術(shù)以其節(jié)能、高效、無相變的特點
，在氨基酸發(fā)酵液的澄清除菌體、母液除鹽和濃縮、氨基酸產(chǎn)品精制等方面，正在成為開發(fā)和應(yīng)用的熱點之一。
大多數(shù)發(fā)酵液的除菌過濾仍采用板框、真空轉(zhuǎn)鼓、離心機、硅藻土機等傳統(tǒng)固液分離設(shè)備。這些方法只能將發(fā)酵液中的菌絲體、固體雜質(zhì)等固體物予以粗分離，同時又無法將發(fā)酵液中大量存在的可溶性蛋白、膠體、雜質(zhì)多糖、微小顆粒不溶物等予以分離，濾液透光率低，提高了對后序工藝的提取難度，并且會影響最終成品質(zhì)量與收率；同時這些傳統(tǒng)工藝存在著提取步驟多、勞動強度大，產(chǎn)品收率低等缺點，以無機陶瓷膜技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代流體分離工藝以其獨有的技術(shù)優(yōu)勢，逐漸成為解決這一難題的最佳途徑之一。
蘇氨酸發(fā)酵液提取中的應(yīng)用
蘇氨酸發(fā)酵液中存在著大量的菌體和雜蛋白,這些物質(zhì)的存在使蘇氨酸收率和結(jié)晶質(zhì)量下降。因此,在進行蘇氨酸結(jié)晶前必須先將其除去。傳統(tǒng)工藝主要采用絮凝法，通過絮凝劑使菌體沉淀。由于發(fā)酵液中菌體含量高,絮凝劑使用量大，而絮凝劑又有很強的吸附作用,在吸附沉降過程中部分氨基酸被吸附，降低了蘇氨酸收率;同時又引入新的雜質(zhì)，導(dǎo)致后續(xù)工藝處理難度加大。采用陶瓷膜分離發(fā)酵液內(nèi)菌體，既可避免絮凝劑的使用，減輕后續(xù)工藝的處理壓力，同時操作便捷，適用大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
色氨酸發(fā)酵液提取純化中的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的色氨酸提取工藝中,需要在板框過濾時添加硅藻土,而硅藻土收取率大約為85%,板框過濾硅藻土的回收價值很低。傳統(tǒng)的色氨酸提取工藝能耗大,成本高,色氨酸的整體提取率還達不到80%,因此必須進行優(yōu)化。
展開 膜分離技術(shù)...
（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴散機理
該理論認為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進行活性擴散，分子在膜的另一側(cè)逸出。
（2）多孔膜的透過擴散機理
用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細孔時產(chǎn)生的速度差來進行的。
影響氣體分離膜性能的因素
1、化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
通過對不同化學(xué)結(jié)構(gòu)聚合物所制備的氣體分離膜的氣體透過率P、擴散系數(shù)D和溶解系數(shù)S的考察，可得出化學(xué)結(jié)構(gòu)對透氣性影響的定性規(guī)律。
2、形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響
一般情況下，聚合物中無定型區(qū)的密度小于晶區(qū)的密度。因此氣體透過高聚物膜主要經(jīng)由無定形區(qū)，而晶區(qū)則是不透氣的。這可以通過自由體積的差別來解釋。但對某些聚合物可能出現(xiàn)例外，如4-甲基戊烯（PNP）晶區(qū)的密度反而小于非晶區(qū)的密度，故其晶區(qū)可能對透氣性能也有貢獻。
制備氣體分離膜的主要材料
1、H2的分離
美國Monsanto公司1979年首創(chuàng)Prism中空纖維復(fù)合氣體分離膜，主要用于氫氣的分離。其材料主要有醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺等。其中聚酰亞胺是近年來新開發(fā)的高效氫氣分離膜材料。它是由二聯(lián)苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化學(xué)腐蝕、耐高溫和機械性能高等優(yōu)點。
2、O2的分離富集
制備富氧膜的材料主要兩類：聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改性產(chǎn)品和含三甲基硅烷基的高分子材料。
PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中P氧氣最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。
展開 記中科院蘇州納米所在納米水凝膠抗污染油水分離膜材料取得進展
利用膜分離技術(shù)來實現(xiàn)油水分離被認為是最具有效的分離手段之一，特別是針對乳化的油水體系。然而，傳統(tǒng)的膜分離材料在油水分離過程中會遭受嚴重的污染，導(dǎo)致分離通量以及油水分離效率的急劇下降，嚴重阻礙了膜分離技術(shù)在油水分離領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用。因此，開發(fā)新型的分離膜材料，解決分離膜材料的污染問題，是實現(xiàn)油水的高效、快速以及穩(wěn)定分離的關(guān)鍵所在。
圖1兩親離子性納米水凝膠接枝改性PVDF多孔膜（ZNG-g-PVDF）示意圖。
近期，為了解決膜分離材料的抗污染問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所靳健研究員課題組在前期工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計和制備了一種磺基甜菜堿型兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜（ZNG-g-PVDF）（如圖1所示）。這一兩親離子性納米水凝膠的尺寸~50nm，這一納米級尺寸有助于納米水凝膠的快速浸潤和吸水，從而賦予了PVDF多孔膜超親水的性質(zhì)。由于兩親離子性納米水凝膠同時具有水凝膠的高保水性能以及兩親離子性聚電解質(zhì)的強水合能力，能夠在PVDF多孔膜的表面構(gòu)筑出牢固的水合層以及近中性的表面。這一超親水的近中性表面賦予了PVDF多孔膜在水下對原油近乎零粘附的效果（如圖2所示）。此外，磺基甜菜堿型兩親離子性納米水凝膠具有優(yōu)異的抗鹽性以及耐酸堿性能，保證了兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜在不同種類的鹽溶液中以及寬泛的pH范圍內(nèi)均能夠保持超親水特性以及水下超低油粘附效果。為了進一步考察這一分離膜材料的抗污染性能，研究人員通過模擬現(xiàn)實的乳化油水，利用這一兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜來分離含有表面活性劑、蛋白質(zhì)以及生物有機質(zhì)（NOM）的油水乳液并監(jiān)測其多次循環(huán)過程中通量的變化情況。實驗結(jié)果表明（如圖3所示），這一兩親離子性納米水凝膠接枝改性的PVDF多孔膜具有優(yōu)異的綜合性抗污染能力，循環(huán)過程中通量的恢復(fù)率幾乎高達100%。
展開 
膜分離技術(shù)...
（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴散機理
該理論認為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進行活性擴散，分子在膜的另一側(cè)逸出。
（2）多孔膜的透過擴散機理
用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細孔時產(chǎn)生的速度差來進行的。
影響氣體分離膜性能的因素
1、化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
通過對不同化學(xué)結(jié)構(gòu)聚合物所制備的氣體分離膜的氣體透過率P、擴散系數(shù)D和溶解系數(shù)S的考察，可得出化學(xué)結(jié)構(gòu)對透氣性影響的定性規(guī)律。
2、形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響
一般情況下，聚合物中無定型區(qū)的密度小于晶區(qū)的密度。因此氣體透過高聚物膜主要經(jīng)由無定形區(qū)，而晶區(qū)則是不透氣的。這可以通過自由體積的差別來解釋。但對某些聚合物可能出現(xiàn)例外，如4-甲基戊烯（PNP）晶區(qū)的密度反而小于非晶區(qū)的密度，故其晶區(qū)可能對透氣性能也有貢獻。
制備氣體分離膜的主要材料
1、H2的分離
美國Monsanto公司1979年首創(chuàng)Prism中空纖維復(fù)合氣體分離膜，主要用于氫氣的分離。其材料主要有醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺等。其中聚酰亞胺是近年來新開發(fā)的高效氫氣分離膜材料。它是由二聯(lián)苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化學(xué)腐蝕、耐高溫和機械性能高等優(yōu)點。
2、O2的分離富集
制備富氧膜的材料主要兩類：聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改性產(chǎn)品和含三甲基硅烷基的高分子材料。
PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中P氧氣最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。
展開 哈工大邵路團隊在高效溫室氣體捕集分離膜及納米復(fù)合界面評價方向取得突破
膜分離技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效CO2捕集分離的新型低碳技術(shù)。聚合物分離膜具有成本低，加工型號等優(yōu)點，但氣體滲透性能與選擇性之間存在此消彼長的制約關(guān)系，即Robeson’s upper bound。然而隨著工業(yè)迅速發(fā)展，降低碳排放的需求日益倍增，傳統(tǒng)的聚合物分離膜性能逐漸落后。具有超高比表面積，高度規(guī)整次納米級孔道結(jié)構(gòu)的金屬有機框架材料（MOFs）的出現(xiàn)為分離膜材料提供了新的機遇。但純的MOF膜合成過程復(fù)雜，加工難度大，難以大規(guī)模應(yīng)用，因此催生了MOFs為納米填料的復(fù)合分離膜，這種納米復(fù)合膜結(jié)合了聚合物的優(yōu)良加工性和MOFs高效的氣體篩分能力，極大地提高了聚合物膜的分離潛力，豐富了分離膜的材料選擇。
日前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院教授、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室成員邵路團隊基于UiO-66型MOF的合成后表面官能化，制備了具有帶有反應(yīng)性烯丙基的UiO-66-MA納米顆粒，并將其與帶有雙鍵的PEO大分子單體共混，通過紫外引發(fā)自由基交聯(lián)得到了具有良好界面結(jié)合性能和高效CO2分離能力的納米復(fù)合膜。
圖a為納米復(fù)合膜的制備過程，圖b為UiO-66-NH2，UiO-66-MA的拓撲結(jié)構(gòu)，圖c為復(fù)合膜的3D結(jié)構(gòu)示意
UiO-66-MA與PEO交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的共價連接極大地改善了UiO-66-MA的分散性，促進了CO2在膜內(nèi)的傳輸。同時良好的界面結(jié)合可以避免非選擇性孔洞等缺陷的形成，不會影響復(fù)合膜的氣體選擇性。該納米復(fù)合膜的CO2滲透通量最高可達1439 Barrer，超越了upperbound及眾多PEO基的CO2分離膜。
展開 二維納米材料——類水滑石（LDHs）用于氣體和液體膜分離過程的最新研究進展
【引言】
最近，由于二維納米材料具有獨特的理化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)和孔徑篩分的特性，常用于設(shè)計高性能的分離膜，突破Robeson上限。其中，類水滑石（LDHs）作為一類二維納米材料，具有均勻的層間通道，允許在通道高度與客體分子的動力學(xué)直徑相當(dāng)?shù)臈l件下進行精確的篩分。因此，在膜分離方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，被認為是制備高性能分離膜的理想材料。
【成果簡介】
近日，寧波大學(xué)的李硯碩教授和大連理工大學(xué)的劉毅教授（共同通訊作者）等人首次總結(jié)了LDHs納米材料用于氣體和液體膜分離過程的最新研究進展，包括其制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用，并展望了LDHs在膜分離領(lǐng)域的發(fā)展前景。在J. Membr. Sci 上發(fā)表了“Recent advances in layered double hydroxides (LDHs) as two-dimensional membrane materials for gas and liquid separations”的綜述論文。作者闡述了LDHs納米材料的制備、剝離和修飾方法，并詳細的介紹了引入LDHs在氣體和液體分離膜中所起的作用。該論文的第一作者為寧波大學(xué)的逯鵬博士，北京林業(yè)大學(xué)的王強教授為合作作者。
【圖文導(dǎo)讀】
1.LDH
s
的結(jié)構(gòu)
和修飾
圖1.
展開 華南理工Science子刊：電驅(qū)動制備剛性MOF膜實現(xiàn)丙烯丙烷高效分離
相比而言，膜分離是一種更高效節(jié)能的方法，其可節(jié)省超過80%的能耗。其中，多孔膜分離可以基于分子尺寸差異對混合物進行有效篩分，然而丙烯和丙烷的尺寸極為相近，其動力學(xué)直徑僅相差0.02納米，對其實現(xiàn)高效膜分離是一個極大的挑戰(zhàn)。ZIF-8的有效孔徑介于丙烯丙烷分子尺寸之間，理論上可以實現(xiàn)其高效分離。但是受MOF材料配體轉(zhuǎn)動性限制，使得目前ZIF-8膜對丙烯丙烷的分離選擇性仍不夠理想，難以一步得到高純度產(chǎn)物，同時ZIF-8膜的制備方法大多較為繁瑣，限制了其潛在的工業(yè)應(yīng)用價值。
【成果簡介】
近日，華南理工大學(xué)王海輝教授課題組報道了一種基于電化學(xué)超快速合成的剛性ZIF-8膜的思路，得到了極高的丙烯丙烷分離選擇性。該方法通過電流驅(qū)動，可以在十幾分鐘之內(nèi)超快速制備出連續(xù)無缺陷的ZIF-8膜。由于ZIF-8材料是不導(dǎo)電的，因此生成的ZIF-8薄膜可以阻斷基底電流與溶液的接觸，從而抑制膜層的進一步生長，有利于制備出超薄的膜層；而對于膜層中存在缺陷的地方，基底電流與溶液的接觸則不會被阻斷，因此缺陷位置會被驅(qū)動繼續(xù)生長，直至修復(fù)完成，最終實現(xiàn)缺陷自修復(fù)的過程。在此基礎(chǔ)上，為了進一步提高ZIF-8膜的分離性能，作者提出了抑制材料柔性的思路。傳統(tǒng)的ZIF-8配體具有轉(zhuǎn)動性，因此較大的分子仍可以從其窗口中緩慢通過，從而難以得到較高的分離選擇性。在此工作中，作者巧妙地利用了電化學(xué)反應(yīng)界面處的原位電場，使得ZIF-8的組裝過程在電場作用下發(fā)生，從而得到一種扭曲的相結(jié)構(gòu)。與普通相結(jié)構(gòu)相比，該扭曲的相結(jié)構(gòu)具有更剛性的骨架結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出更好的分子篩分能力。理論計算表明，剛性相ZIF-8對丙烯丙烷的分離選擇性是普通柔性相的3倍以上。最終，此剛性ZIF-8膜對丙烯丙烷的分離選擇性高達到300以上。
展開 廣州大學(xué)林璟團隊《CEJ》:實現(xiàn)含細菌/染料/油復(fù)雜污水的一步分離和分離膜抗污染策略
石油的泄漏、工業(yè)含油污水排放造成的油污染會導(dǎo)致水資源的惡化，迫切需要開發(fā)高效的分離材料進行水的分離凈化。近年來，超親水性和水下超疏油膜在分離水體中含油污染物顯現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢。然而，工業(yè)廢水和家庭污水中含有更加復(fù)雜的污染成分，如：印染企業(yè)排放的污水中含有大量的高毒性、致癌的有機染料，生活污水中存在著多種細菌群落等微生物。在現(xiàn)實生活中，上述三種細菌/染料/油污染物通常會交匯排放形成復(fù)雜的污水，這對分離凈化技術(shù)增添了極大的困難，一般需要通過多步處理，耗時費力，很難采用一步膜分離法進行完理。此外，細菌/染料/油污染物在分離過程中都容易黏附在分離膜的表面，造成膜的極大污染和分離通量的下降。因此，設(shè)計出一種能夠一步分離含細菌/染料/油的復(fù)雜污水，且能夠抗細菌/染料/油黏附污染的復(fù)合膜，具有重要的科學(xué)研究意義和工業(yè)應(yīng)用價值。
圖1 一種實現(xiàn)含細菌/染料/油復(fù)雜污水的一步分離和抗膜污染策略
廣州大學(xué)林璟副教授研究團隊以解決現(xiàn)階段存在的膜功能單一和膜污染問題為導(dǎo)向，基于特異潤濕選擇性、吸附與光催化降解、抗黏附技術(shù)理論基礎(chǔ)，首先通過水熱合成法在工業(yè)級PVDF膜表面生長納米級ZnO/Ag復(fù)合粒子，進一步將自制的多功能水凝膠共聚物P(DMAPS-AM-MBA-MAA)噴涂于 PVDF@ZnO/Ag膜表面，成功構(gòu)筑了一種能夠?qū)崿F(xiàn)細菌/染料/油復(fù)雜污水的一步分離的抗黏附污染H-PVDF@ZnO@Ag復(fù)合膜(圖1)。
展開 浙江大學(xué)伍廣朋研究員和徐志康教授《ACS Nano》：可仿生礦化的嵌段共聚物均孔分離膜
嵌段共聚物分離膜具有孔徑均一、可調(diào)的優(yōu)勢，在病毒脫除、藥物分離等高精度特種分離領(lǐng)域展現(xiàn)了特有的應(yīng)用前景，被共識為下一代高性能分離膜的發(fā)展方向。但遺憾的是，由于嵌段共聚物均孔分離膜材料對聚合物的組成和分子量分布等要求較高，使得目前所研究的嵌段共聚物主要都是以聚苯乙烯為膜基體的高分子材料。這一研究現(xiàn)狀也往往導(dǎo)致如下問題：1) 膜的親水性差，抗污染性能有限；2) 膜的機械強度不夠理想，穩(wěn)定性有待提高；3) 膜表面缺少功能性基團，難于賦予其催化、降解等附加性功能。
圖1. 可仿生礦化均孔復(fù)合膜制備示意圖
針對上述嵌段共聚物均孔分離膜的技術(shù)缺陷，浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系的伍廣朋研究員與徐志康教授通過緊密合作，將易于水解的脂肪族碳酸酯和可仿生礦化的鄰苯二酚基團集成到一個嵌段共聚物(PVCA-b-PPC)體系中，制備出了具有優(yōu)異成孔能力的有機-無機納米復(fù)合分離膜材料。該研究通過組合有機聚合物與無機納米材料各自的結(jié)構(gòu)特點和性能優(yōu)勢，成功賦予了復(fù)合分離膜強的機械強度，高的化學(xué)穩(wěn)定性、以及強親水、抗污染和催化等性能，實現(xiàn)了嵌段共聚物分離膜材料的高性能與多功能化設(shè)計。
圖2. 有機-無機嵌段共聚物均孔分離膜的電鏡照片
相關(guān)論文以 “Bio-inspired Block Copolymer for Mineralized Nanoporous Membrane” 為題發(fā)表于新一期的《ACS Nano》。研究生周會君和楊貫文為論文的共同第一作者，伍廣朋研究員為通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金和浙江大學(xué)“百人計劃”經(jīng)費的支持。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b06521
來源：高分子科學(xué)前沿
展開 利用簡易方法制備穩(wěn)定的具有微納結(jié)構(gòu)的ZIF-8高效油水分離膜
研究高效油水分離材料和技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
傳統(tǒng)的油水分離方法（離心法、吸附法、浮選法等）能耗高、占地面積大、用時長、分離效率低。近年來，膜分離技術(shù)不斷發(fā)展，是當(dāng)前對含油污水進行處理的有效技術(shù)，其具有分離設(shè)備簡單、能耗低的優(yōu)點。隨著仿生學(xué)的研究發(fā)展，人們從荷葉、魚鱗等自然結(jié)構(gòu)中不斷受到啟發(fā)，超疏水膜，水下超疏油膜等逐步成為研究熱點。
然而，常用的有機膜在高溫環(huán)境，或者接觸各種有機溶劑后，會降低其油水分離性能，而多數(shù)無機膜的制備工藝又比較復(fù)雜。因此，如何用簡單的方法，構(gòu)筑穩(wěn)定的微納結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高分離率和高通量性能，并可大面積制備的油水分離膜仍然是個挑戰(zhàn)。
基于此，吉林大學(xué)薛銘研究團隊以金屬有機骨架材料（Metal Organic Framework, MOF）這類新型晶體材料為研究對象。在常溫常壓條件下，以不銹鋼網(wǎng)為載體，成功地制備出ZIF-8分離膜。由于ZIF-8膜的表面具有粗糙的微納結(jié)構(gòu)（圖1a?c），顯示出優(yōu)異的水下超疏油性能。
圖1（a，b）ZIF-8膜的SEM圖；（c）ZIF-8膜的AFM圖；（d）生長了ZIF-8納米晶的金屬網(wǎng)具有水下超疏油的性質(zhì)。
在水中時，水分子優(yōu)先被捕獲到膜表面的MOF微納結(jié)構(gòu)中，形成連續(xù)的水層，這層液膜允許水相靠重力快速通過，而對油相產(chǎn)生強的排斥力，從而實現(xiàn)高效油水分離。
該MOF分離膜可以高效地分離多種油水混合物，油水分離效率高達99.99%，水中殘油量低于4 ppm，同時該膜具有較高的水通量10.2×104 L m?2h?1，以及很好的耐壓性6400 Pa。
圖2（a，b）ZIF-8膜油水分離過程圖；（c, d）經(jīng)過高溫和有機溶劑處理后，ZIF-8膜仍保持良好的水下疏油性能。
展開 
《ACS Nano》氧化石墨烯支撐的納米受限離子液體膜在CO2分離方面的應(yīng)用
二氧化碳的分離和富集在當(dāng)下社會有重大的經(jīng)濟效益和社會效益，而如何高效低耗地實現(xiàn)其分離和富集是一個具有挑戰(zhàn)性的研究方向。膜分離法作為一種新型的分離方式，以其綠色環(huán)保、低功耗、高效率的優(yōu)異特性成為分離領(lǐng)域的寵兒，但膜分離法天然存在著通量和分離比不可兼得的缺陷，為了盡可能緩解這對矛盾，浙江大學(xué)的彭新生教授、孔學(xué)謙教授和清華大學(xué)的徐志平教授團隊共同合作，設(shè)計了一種以氧化石墨烯（GO）為支撐基底，將離子液體受限在GO的二維納米尺寸通道內(nèi)的薄膜，實現(xiàn)了CO2的高效分離。
近幾年來，利用GO片層堆垛而成的薄膜來實現(xiàn)分子或離子的分離得到了廣泛的研究。其中，有團隊利用GO片層之間的水對CO2的高溶解度特性實現(xiàn)了CO2的有效分離，但是水的易揮發(fā)性以及流動性極大地限制了薄膜在高溫環(huán)境下和長時間條件下的應(yīng)用。那么，如果有一種流動性更弱、揮發(fā)性更低、沸點更高同時對CO2溶解度更高的液體來彌補上述水的缺陷，是否可以改善薄膜的分離性能和穩(wěn)定性呢？
基于上述猜想，浙江大學(xué)和清華大學(xué)團隊合作，選擇了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF4]）這種離子液體來替代水制成以氧化石墨烯為支撐基底的薄膜（graphene oxide supported ionic liquid membrane， GO-SILM）。離子液體是一種飽和蒸汽壓低、粘度大、穩(wěn)定性強、液態(tài)溫度范圍寬的綠色溶劑，同時對CO2又有很高的溶解度，在氣體分離領(lǐng)域已經(jīng)得到了很多研究，完美符合上述的所有需求。
展開 哈工大（威海）程喜全副教授：用于環(huán)境修復(fù)的PSS-g-UiO-66增效聚合物分離膜
高性能分離膜技術(shù)可以去除染料、抗生素、CO2等分子級別污染物，是解決水污染問題和全球變暖等問題的重要手段。然而，分子分離膜滲透性和選擇性之間的“trade-off”現(xiàn)象是分子分離膜技術(shù)規(guī)?；コ肿游廴疚锏恼系K。近年來，通過納米填料調(diào)整聚合物選擇層孔結(jié)構(gòu)的方法引起了廣泛關(guān)注，尤其是通過金屬有機框架化合物（MOFs）等材料的有機基團可以提高納米填料與聚合物膜之間的相容性，從而增強膜的滲透性和選擇性。但是，納米粒子的團聚趨勢阻礙了這類膜的規(guī)?；苽洹?近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）程喜全副教授團隊通過在UiO-66上接枝對苯乙烯磺酸鈉（PSS）設(shè)計了一種高度分散的納米顆粒（UiO-66-PSS），并將這種納米顆粒分別增效聚電解質(zhì)納濾膜和PEBA氣體分離膜傳質(zhì)過程。PSS作為一種帶負電荷的水溶性物質(zhì)可以促進UiO-66在水相中的分散并減少UiO-66顆粒間的聚集，獲得性能優(yōu)異的納米復(fù)合膜。
圖1.（A）在UiO-66表面接枝PSS鏈的示意圖；（B）高度分散的PSS-UiO-66可實現(xiàn)在水環(huán)境修復(fù)和二氧化碳捕獲中的高效分離
通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）技術(shù)將PSS接枝到UiO-66上，改善了UiO-66的分散性并調(diào)整了改性UiO-66與PEM的聚電解質(zhì)選擇層之間的相互作用。接枝后，UiO-66-PSS展現(xiàn)出優(yōu)異的分散性，較小的納米顆粒尺寸和較窄的尺寸分布。
圖2.
展開 Nano Letters: 大連理工大學(xué)在碳納米管分離膜純化醇類生物能源研究方面取得新進展
目前生物法生產(chǎn)生物醇面臨的主要問題是微生物對產(chǎn)物的脅迫耐受性差，導(dǎo)致產(chǎn)物濃度低，下游產(chǎn)品分離能耗高等突出問題。由于滲透汽化具有分離效率高、能耗低、無污染等優(yōu)點，被認為是最有前途的分離技術(shù)，但是當(dāng)前滲透汽化膜存在在滲透性和選擇性之間不可兼得的問題。目前研究最多的滲透汽化膜材料為聚二甲基硅氧烷（PDMS），模擬結(jié)果表明小分子在PDMS中的擴散屬于“空穴跳躍擴散理論”，即擴散并非是連續(xù)的，而是原地的小幅震動與大幅跳躍相結(jié)合，使其擴散速率較低。碳納米管（CNT）內(nèi)外壁非常光滑，摩擦力小，有利于分子的快速傳輸，可作為理想的膜填充材料。但是傳統(tǒng)的共混制備法，使得CNT在膜中無規(guī)聚集，無法有效控制和進一步提高CNT膜的結(jié)構(gòu)和性能。通過計算機模擬，研究者們發(fā)現(xiàn)垂直排列的CNT具有許多獨特的優(yōu)勢，如單分散的納米孔道、水分子可快速通過等，使其在膜分離領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。
【成果簡介】
近日，大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院薛闖教授團隊與大連理工大學(xué)精細化工國家重點實驗室田東旭副教授、邱介山教授、趙宗彬教授和物理學(xué)院高飛副教授團隊合作，在碳納米管分離膜純化醇類生物能源研究方面取得新進展。該研究團隊利用垂直取向的CNT陣列作為原料，采用低溫等離子體對CNT刻蝕開口，通過滲透填充的方法首次制備了類似“漢堡”結(jié)構(gòu)兼具高填充量、高機械性能、高分離性能的垂直定向兩端開口CNT/PDMS復(fù)合膜。
展開 青科大閆業(yè)海教授課題組在高性能聚合物分離膜方面取得系列進展
膜分離技術(shù)因其低能耗、低成本、分離效率高等優(yōu)點，成為獲取水資源的主要技術(shù)。近年，青島科技大學(xué)閆業(yè)海教授及課題組內(nèi)張廣法副教授、高愛林副教授在開發(fā)新型高效分離膜材料方面開展了大量工作，并取得系列進展。
在海水淡化用分離膜領(lǐng)域，為進一步提高膜的脫鹽效率和產(chǎn)水率，課題組分別研究了雙疏型蒸餾用膜和高效界面光熱轉(zhuǎn)換膜。針對膜蒸餾技術(shù)中，單一疏水型聚合物膜容易被含有機溶劑或表面活性劑的原料液潤濕，進而導(dǎo)致膜污染和截鹽率下降的問題，課題組巧妙利用NIPS法制膜過程中易于得到的互穿網(wǎng)絡(luò)膜孔結(jié)構(gòu)提供構(gòu)建雙疏表面的倒懸結(jié)構(gòu)。獲得的疏水疏油聚砜膜對水和有機溶劑均表現(xiàn)出抗浸潤性，延長膜蒸餾使用周期（見圖1）。
圖1雙疏型聚砜膜的形貌、浸潤性與膜蒸餾性能
該研究成果發(fā)表于膜領(lǐng)域top期刊Journal of Membrane Science，第一作者為碩士生范慧琴。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117933
界面光熱轉(zhuǎn)換膜可利用太陽能作為加熱源，實現(xiàn)對海水的蒸發(fā)收集。其中提高光熱轉(zhuǎn)換界面層的光熱轉(zhuǎn)換效率是提高水蒸發(fā)速率的關(guān)鍵。課題組將還原氧化石墨烯（rGO）包覆的聚苯乙烯微球沉積于聚砜膜表面，構(gòu)建具有高度粗糙結(jié)構(gòu)的rGO吸光層，進一步提高了膜表面對太陽光的吸收效率（96%），水蒸發(fā)速率可提高至1.86 kg m-2h-1，見圖2。
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