多站重量法气体蒸气吸附仪助力天工大团队在《Nature Materials》发表新成果：玻璃泡沫自支撑膜对CH4/N2的分离

具有超高渗透性和实用选择性的膜可以大大降低复杂的工业气体分离（如CH₄/N₂分离）的成本。自支撑多孔膜形式的MOF玻璃已被报道用于常规气体分离。它们保留了结晶MOFs的超微孔，但它们的长程无序与不连续的孔和低气体渗透率有关，从而限制了它们在困难的气体分离中的适用性。另外，目前的泡沫显示出由孔诱导剂产生的连续中孔或大孔，但这些大孔径比气体分子大得多，因此不适合分离。

近日，天津工业大学仲崇立/乔志华教授团队与天津大学、剑桥大学等单位合作在《自然·材料》（Nature Materials, IF: 47.656）发表的题为“ZIF-62 glass foam self-supported membranes to address CH₄/N₂ separations”的学术论文中报道了一种自支撑MOF玻璃泡沫膜，在具有发达孔道的同时，保留了材料的超微孔特性，可兼具高分离选择性和超高气体通量，同时拥有泡沫和玻璃的优点并具有良好的机械性能 ，展现出广阔的工业应用前景。

该玻璃泡沫膜通过“聚合物热分解辅助的MOF熔融”策略合成。通过调控聚合物的分子量等参数，使ZIF-62熔融先于聚合物分解发生。随后，聚合物热分解产生的气体分子脱附，产生大量的泡沫结构，最终形成孔道结构发达且富含金属空位的自支撑ZIF-62玻璃泡沫膜。

文中，作者使用BSD-VVS型重量法气体蒸气吸附仪表征了a_gfZIF-62和a_gZIF-62在温度273K、5 torr压力条件下的吸附动力学性能，使用BSD-PH型高压气体吸附仪表征了a_gfZIF-62和a_gZIF-62在0-30bar，273 K条件下高压二氧化碳气体吸附解吸等温线，结果表明a_gfZIF-62的CO₂吸附速率比a_gZIF-62快得多，并且其吸附能力也更高，这意味着气体在a_gfZIF-62中的扩散比在a_gZIF-6中快得多。这表明a_gfZIF-62的孔连续性比a_gZIF-62好得多，并且a_gfZIF-62的孔隙率比agZIF-62高。

在273 K、5 torr的压力下，a_gfZIF-62、a_gZIF-62对二氧化碳的时间-吸附量吸附动力学曲线。

文中采用厚度为200~330µm、面积为8.55 cm²的自支撑圆形a_gfZIF-62用于膜分离。该膜表现良好的CH₄/N₂选择性，且渗透率为30000–50000 气体渗透率单位，比其他报道的膜高大约两个数量级。

a，不同厚度的a_gfZIF-62膜的纯气体透性和选择性；b，a_gfZIF-62膜与其他报道的具有高性能值的膜的气体分离性能的比较