對(duì)于用作空氣凈化、海水淡化的分離膜來(lái)說(shuō)，如果滲透性好了，雜質(zhì)就會(huì)滲透進(jìn)來(lái)，而如果膜對(duì)雜質(zhì)的攔截性提高了，滲透性就差了。如何兼顧滲透性和攔截性，是行業(yè)難題。9月22日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊發(fā)的一篇研究成果，提出了一種新策略。在這篇論文中，南京工業(yè)大學(xué)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明出“固態(tài)溶劑法”，并利用這種方法制備了具有超高含量納米材料的超薄分離膜，膜的厚度僅為50納米，而填入的納米材料的含量高達(dá)80%以上，實(shí)現(xiàn)了膜的滲透性和攔截性的數(shù)量級(jí)提升。

金萬(wàn)勤團(tuán)隊(duì)在研究討論膜樣品（從左到右分別為陳桂寧、金萬(wàn)勤、劉公平）。南工大供圖

近年來(lái)，科學(xué)家一直在探索如何將高性能的納米材料摻雜在高分子材料中，以制備兼具滲透性和攔截性的混合基質(zhì)膜。但受制于技術(shù)瓶頸，混合基質(zhì)膜仍未大規(guī)模應(yīng)用。

“有些納米材料有孔，而且是均勻的，在高分子材料做成的膜中，納米材料加得越多，膜中均勻的孔就越多，膜攔截雜質(zhì)的效率和精度就越高。但問(wèn)題是，以往把納米材料填入高分子材料后，二者不相溶，納米填料容易沉降。”論文的第一作者、南京工業(yè)大學(xué)陳桂寧博士告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

“針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們將納米材料的原材料溶解在高分子材料中，然后再將原材料通過(guò)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成納米材料，得到均勻、超薄的分離膜。”論文的通訊作者、南京工業(yè)大學(xué)金萬(wàn)勤教授說(shuō)，該方法既能讓納米填料和高分子材料相溶，又能在膜上形成均勻的孔隙，納米填料在混合基質(zhì)膜中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)高分子，實(shí)現(xiàn)了“反客為主”，為分子提供超快傳輸通道。

論文的共同通訊作者南京工業(yè)大學(xué)劉公平教授介紹，實(shí)驗(yàn)表明，這種混合基質(zhì)膜表對(duì)于氫氣和二氧化碳的分離性能高出傳統(tǒng)分離膜1至2個(gè)數(shù)量級(jí)。

“用‘固態(tài)溶劑法’更容易制備超薄的平板型和中空纖維型混合基質(zhì)膜。”劉公平說(shuō)，該方法適用于不同類型的填料和高分子基質(zhì)，表現(xiàn)出良好的規(guī)模化制備前景與膜材料普適性。

“研究首次從實(shí)驗(yàn)上證明了制備具有超高含量納米材料的超薄分離膜的可行性，也為發(fā)展基于納米材料的超薄分離膜及功能涂層提供了新思路和理論技術(shù)基礎(chǔ)。”金萬(wàn)勤介紹，該混合基質(zhì)膜在碳捕集等過(guò)程極具應(yīng)用潛力，有望助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施。