膜分离，这所土豪大学一天连发2篇Science!( 二 ) _溶剂

鉴于此，来自阿卜杜拉国王科技大学的Suzana P. Nunes教授课题组报道了一种通用策略来制造具有10 nm超薄选择性层的聚三唑膜，该选择性层包含用于分离烃的亚纳米通道。该过程涉及使用经典的非溶剂诱导相分离方法（NIPS）和热交联。膜选择性可以调整到典型纳滤范围的下限（200至1000 g/mol）。聚三唑膜可以富集高达80%至95%的碳原子数小于10的烃（140g/mol）。这些膜优先分离石蜡而不是芳烃成分，使其适合集成到混合蒸馏系统中进行原油分馏。相关研究成果以题为“Polytriazole membranes with ultrathin tunable selective layer for crude oil fractionation”发表在最新一期《Science》上。

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【超薄聚三唑膜的制备与表征】
作者选择了具有侧羟基(OH)基团的聚三唑（PTA-OH，图1A）作为膜材料。首先将其在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或N,N'-二甲基甲酰胺（DMF）溶解，然后溶液浇筑并进入到水中，最后引发热交联。在图1B-D中。通过使用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、高分辨率固态核磁共振(SS-NMR)、动态核极化(DNP)与多核二维(2D)(1H,13C,17O,15N)光谱和电子顺磁共振(EPR)光谱证明了PTA-OH热交联导致图1A中描述的结构。
【膜分离，这所土豪大学一天连发2篇Science!】

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图1.热交联膜的结构与表征
通过使用这种技术，作者合成了具有大孔结构的羟基官能化聚三唑(PTA-OH)膜（图2A-C）。随后的热处理使聚合物结构交联并同时在膜表面引起致密化。层状和不对称结构允许根据大小和形状对复杂的有机液体混合物进行快速和选择性分类，而交联结构在各种有机溶剂下提供足够的稳定性。该文提供的路线是一个非常简单的过程，类似于醋酸纤维素膜，但可以做得更薄和更坚韧（图2D-F）。

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图2. 从DMF中16wt%PTA-OH溶液浇铸的膜的形态学表征
【聚三唑薄膜的分离性能】
轻质原油主要由汽油、煤油和柴油组成，占全球液体燃料消耗的60% 。作者在创建膜时，就专注于轻质原油的分馏，在他们的概念验证实验中，交联聚三唑膜允许碳数低于C10的碳氢化合物的渗透液富集率高达95%，与汽油相匹配。基于聚三唑膜的可调性，可以创建在不同温度下交联的级联聚三唑膜，以实现煤油和柴油等其他组分的高选择性富集。
除此之外，聚三唑膜在有机溶剂纳滤 (OSN) 压力范围内（<15 bar）进行粗分馏，低于有机溶剂反渗透 (OSRO)（通常超过 30 bar）。其他研究人员提出了“OSRO 权衡”曲线来比较用于有机溶剂分离的膜材料，该曲线显示了膜渗透性和选择性的上限。虽然比较取决于进料组成和上游压力，但交联聚三唑膜可以拒绝高达 60% 的标准标记溶质之一（1,3-二异丙基苯， 162.26 gmol-1）。这种选择性可与最先进的 OSRO 膜相媲美。此外聚三唑膜对甲醇、丙酮、四氢呋喃和甲苯的纯溶剂（10至30Lm?2h?1bar?1）具有与最先进的 OSN 膜（如聚酰胺和聚芳酯膜）相似的渗透性。这些数字表明聚三唑膜可能同时具有高溶剂通量和高选择性。通过结合现有技术和分选复杂的碳氢化合物混合物，这项研究解决了膜制造和膜分离的复杂性。