近年來，全球氣候變暖對地球生態(tài)帶來的負面影響日益凸顯，溫室效應造成的冰川消融、海平面上升、生物瀕臨滅絕加速以及氣候異常等正在威脅著包括人類在內(nèi)諸多生物的生存環(huán)境。造成這一切的元兇無疑是人類燃燒石油、煤炭等化石燃料產(chǎn)生的大量二氧化碳溫室氣體。因此，開發(fā)高效的CO2分離和捕集技術顯得刻不容緩。尤其在目前的國際大環(huán)境下，低碳技術將有力增強國家未來的國際競爭力。
最新一期的Energy & Environmental Science 封面文章報道了哈爾濱工業(yè)大學邵路教授（點擊查看介紹）課題組在二氧化碳分離膜研究領域取得的重要突破。該課題組采用與二氧化碳具有親和性的聚氧化乙烯衍生材料，通過結(jié)構(gòu)設計制備出一種高效的新型二氧化碳親和性半互穿網(wǎng)絡分離膜，解決了膜分離技術材料匱乏的難題，為低成本、高效率二氧化碳捕集提供了強有力的技術支持。
傳統(tǒng)的CO2吸附分離方法具有諸多技術缺陷，如耗能高、操作復雜和潛在的環(huán)境污染風險。膜分離技術是目前有望實現(xiàn)二氧化碳高效分離的新型低碳技術，相對于傳統(tǒng)的吸附分離等方法，膜分離具有高效、易操作、成本低和環(huán)境友好等特點。開發(fā)并采用先進的氣體分離技術大規(guī)模捕集溫室氣體，不僅可以有效緩解全球氣候變暖的危機，還可以對諸如合成氣、生物氣體以及天然氣等能源產(chǎn)品進行純化。然而，目前高效的二氧化碳分離膜材料仍然極其匱乏，嚴重制約著膜分離在二氧化碳捕集分離等領域的應用。
據(jù)了解，邵路教授課題組長期致力于氣體分離、納濾、超濾等高性能分離膜的研究。該成果通過對材料的物理化學結(jié)構(gòu)合理設計，采用與二氧化碳具有親和性的聚氧化乙烯衍生材料，經(jīng)過簡單的紫外輻照一步法，在自由基聚合形成交聯(lián)網(wǎng)絡的同時，向體系中引入低分子量的聚氧化乙烯鏈段，制備出一種新型二氧化碳親和性半互穿網(wǎng)絡分離膜。
半互穿PEO分離膜的制備及分離示意圖
該半互穿網(wǎng)絡分離膜是由立體的聚氧化乙烯交聯(lián)網(wǎng)絡和低分子量高醚氧含量的聚氧化乙烯衍生分子鏈穿插構(gòu)成。低分子量的聚氧化乙烯鏈段有效增加了膜的自由體積、改善其分布并增強二氧化碳的親和性，促進二氧化碳在膜中快速通過，極大地提高了分離膜二氧化碳的滲透通量，同時使分離膜保持高選擇性，突破傳統(tǒng)膜材料的滲透通量和選擇性之間相互制約的瓶頸，達到二氧化碳親和性分離膜目前的國際最高水平。
該半互穿網(wǎng)絡分離膜制備方法簡單且綠色環(huán)保，新型膜材料具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，有望與目前的工業(yè)化生產(chǎn)過程匹配。該成果的研究思路為先進膜材料的開發(fā)及在環(huán)境能源等領域的應用建立了高效的設計路徑。
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