我所實現純相MOF膜用于有機酸脫水精制

近日，我所催化基礎國家重點實驗室無機膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員、班宇杰副研究員團隊通過模板誘導法制備出高度致密且穩定的金屬—有機框架MIL-53膜，用于有機酸脫水精制，與精餾相比分離能耗節省77%，實現了純相MOF膜應用于有機酸/水分離體系。

　　甲酸、乙酸是重要的化工平臺化合物，可通過廣泛的有機合成，獲得聚合單體、醫藥或農藥中間體等。酸脫水精制是化工行業迫切需要且極具挑戰的分離過程。傳統精餾分離能耗較高。滲透氣化膜分離技術可突破氣液平衡限制，實現酸/水高效分離。但分離體系的強腐蝕性對膜材料提出更高要求：除材料本征框架穩定性外，高度致密的微結構是保證分離精度和分離穩定性的關鍵。金屬—有機框架（metal-organic framework, MOF）材料的可設計性與豐富的主客體化學為膜分離領域帶來機遇。其中，鋁基羧酸配位單元衍生得到的MIL-53材料是典型的高穩定性MOF材料。但制備可用于酸/水分離的高度致密MIL-53膜仍是一項挑戰性課題。

　　基于上述問題，研究團隊以氧化鋁載體表面生長的鋅—鋁雙金屬水滑石直立片層為模板，通過其在配體溶液中的化學自轉變過程制備出高度致密的MIL-53膜。研究發現，MIL-53膜的生長分為兩個階段：在第一個階段，LDH作為鋁源供給型模板，可引導MIL-53晶體沿面外進行印跡復制型生長，約8個LDH六方晶格被同步替換為1個MIL-53正交晶格，形成膜的基礎架構；在第二個階段，隨著LDH模板犧牲，可動態調控氧化鋁載體中鋁源的可用性，引導MIL-53晶體沿面內準正交生長，協同獲得高度致密的MIL-53膜。該膜呈現優異的甲酸、乙酸脫水分離性能以及連續運行穩定性。尤其重要的是，MIL-53膜可實現70 wt.%甲酸共沸物幾乎完全脫水（滲透物中水含量為98.9%），分離能耗與共沸精餾相比節省約77%。

　　相關工作以“A LDH Template Triggers the Formation of a Highly Compact MIL-53 Metal-Organic Framework Membrane for Acid Upgrading”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選為熱點文章（Hot Paper）。該工作的第一作者是我所504組博士研究生王悅誠。以上工作得到國家自然科學基金等項目支持。（文/圖 班宇杰、王悅誠）

　　文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302181