近年來，全球氣候變暖對地球生態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諸多生物的生存環境。造成這一切的元兇無疑是人類燃燒石油、煤炭等化石燃料產生的大量二氧化碳溫室氣體。因此，開發高效的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，通過結構設計制備出一種高效的新型二氧化碳親和性半互穿網絡分離膜，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境污染風險。膜分離技術是目前有望實現二氧化碳高效分離的新型低碳技術，相對于傳統的吸附分離等方法，膜分離具有高效、易操作、成本低和環境友好等特點。開發并采用先進的氣體分離技術大規模捕集溫室氣體，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構合理設計，采用與二氧化碳具有親和性的聚氧化乙烯衍生材料，經過簡單的紫外輻照一步法，在自由基聚合形成交聯網絡的同時，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
該半互穿網絡分離膜是由立體的聚氧化乙烯交聯網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。
該半互穿網絡分離膜制備方法簡單且綠色環保，新型膜材料具有優異的穩定性，有望與目前的工業化生產過程匹配。該成果的研究思路為先進膜材料的開發及在環境能源等領域的應用建立了高效的設計路徑。
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