近日，《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）发表了我校先进分离膜材料全国重点实验室仲崇立/乔志华团队完成的C4烃类膜分离方面的研究成果。该工作通过聚合物-MOF的配位调控策略，创制出可大面积制备的C4烃类分离膜，实现了1,3-丁二烯（C4H6）的高效分离（Tailored polymer-zeolite imidazolate framework membranes for aperture-matched C4 hydrocarbon separation，N. Li, C. Ma, J. Zhang, L. Xu, Z. Wang, S. Wang, S. Zhang, J. Pang, J. Hou*, Z. Qiao* and C. Zhong, Angew. Chem. Int. Ed., 2025, e202506117）。
在石化工业中，C4H6作为合成橡胶、树脂及尼龙等高附加值聚合物的关键原料，其高效分离对产业发展至关重要。目前工业上主要通过石脑油蒸汽裂解产生C4H6，但同时伴随着少量杂质气体的产生，如正丁烯（n-C4H8）、异丁烯（i-C4H8）、正丁烷（n-C4H10）和异丁烷（i-C4H10）等，这些气体与C4H6不仅分子尺寸相近，更具有高度相似的极化率与沸点，这对C4H6的分离带来了重大挑战。
图1 polyZIF材料合成，polyZIF膜的大面积制备及C4H6膜分离性能对比图
针对C4烃类分离这一技术难题，仲崇立教授/乔志华研究员团队采用聚合物-沸石咪唑骨架材料（ZIF）的配位调控策略，创制出可协同优化孔道结构与加工性能的polyZIF分离膜。通过精确调控金属离子、有机配体以及聚合物之间的配位作用，构建出对C4H6具有良好分离效果的微孔孔道。同时，引入的聚合物有效调控了ZIF晶体的生长，并在晶体颗粒界面处形成连续相，显著提升了polyZIF的加工成膜性。该团队成功制备出有效面积为~80cm2的自支撑polyZIF膜，展现出优异的C4H6渗透选择性能，其中，C4H6相对于n-C4H8、i-C4H8、n-C4H10和i-C4H10的选择性分别达到17.2、28.1、21.5和34.8，同时保持332GPU的C4H6渗透通量。
该工作的第一作者为材料科学与工程学院博士生李宁，乔志华研究员和澳大利亚昆士兰大学候经纬教授为论文共同通讯作者。本工作受到国家重点研发计划项目和国家自然基金项目的资助。
（审稿：先进分离膜材料全国重点实验室 仲崇立 编辑：党委宣传部 李焕峰）
图片来源：先进分离膜材料全国重点实验室
