针对气体物质的分离，传统的蒸馏、精馏、吸附-解吸等方法属于能源密集型工业，分离过程耗费大量能量，设备复杂，具有较高的成本和潜在的环境风险。而膜法分离具有分离过程无相态及化学变化、选择性高、适应性强、成本低廉、节能环保等特点，因此具有巨大的工业应用价值。混合基质膜或纳米复合膜是有机高分子材料与无机多孔材料的结合，其中聚合物为连续相，多孔材料为分散相，通过多孔材料的介入，促进气体在膜内的传输，提高分离膜的渗透通量或选择性。这种方法可以集聚合物的可加工型和无机纳米材料的分子筛性能于一身，是聚合物膜的一种长足改进。然而，纳米材料与聚合物结合的过程中，往往因为二者之间的相容性较差，纳米颗粒无法在聚合物中有效分散，导致性能远低于预期，因此提高纳米填料与聚合物之间的界面结合性能对制备高性能纳米复合膜起决定性作用。

  近日，哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室成员、化工与化学学院邵路教授团队基于金属有机框架（MOFs）的合成后表面官能化，制备了具有带有反应性官能团的UiO-66型MOF，使其参与大分子聚合物单体的自由基交联中，成功制备了具有良好界面结合性能的纳米复合膜。

  通过对氨基化的UiO-66-NH2进行官能化，使其接枝上具有高反应活性的烯丙基，得到可参与自由基反应的UiO-66-MA，进一步与带有双键的PEO大分子单体进行UV共聚，由于UiO-66-MA 颗粒与聚氧化乙烯（PEO）之间产生了共价键结合，UiO-66-MA可以均匀充分地分散在PEO膜中并且不产生任何缺陷，因此气体分子有更多的机会穿过MOF颗粒，促进了气体在膜内的传输，将CO2渗透通量从400 Barrer 提高至1439 Barrer。相对而言，氨基化的UiO-66-NH2由于与PEO之间缺乏有效的相互作用，容易形成团聚，气体分子不能有效的穿过MOF孔道，因此对复合膜性能的促进作用十分有限。

  在进一步对复合膜的CO2塑化行为进行研究时，发现该复合膜界面结合性能与CO2的塑化行为存在紧密联系。掺杂了UiO-66-MA的界面较好的复合膜的CO2塑化行为被强烈抑制，塑化程度远低于纯PEO交联膜，而掺杂有UiO-66-NH2的界面较差的复合膜的CO2塑化现象显著增强，塑化程度高于纯PEO分离膜。这种现象是由于UiO-66-MA与PEO之间的紧密键合束缚了PEO分子链之间的滑移，抵抗了CO2对PEO交联网络的塑化作用，而不与PEO相作用的UiO-66-NH2 撑大了PEO分子链之间的距离，使得分子链更容易滑移，促进了CO2对PEO交联网络的塑化作用。这一现象的发现有望建立起一种新的基于塑化行为的纳米复合材料的界面评价体系，对复合材料的设计和改进具有重要指导意义。

  该研究作为背封面（Outside back cover）发表在著名学术期刊《材料化学A》上，该研究得到了国家自然科学基金的支持。

  论文作者：Xu Jiang, Songwei Li, Shanshan He, Yongping Bai and Lu Shao*

  Interface Manipulation of CO2-philic Composite Membranes Containing Designed UiO-66 Derivatives towards Highly-efficient CO2 Capture. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 15064–15073

论文链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta03872d#!divAbstract