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超疏液膜接触器：捕获CO2小能手
作为一名从事分离膜研究的博士生，小编一直关注着材料化学顶级期刊上与膜相关的最新进展，并尽量及时将它们展现到大家的面前。做膜的人都知道，传统的分离膜往往较难发表在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS等顶级期刊上，前些年比较热门的题材是超疏水或超亲水膜用于油水分离，近几年气体分离膜、新型电池隔膜以及基于石墨烯、MOF等新材料的分离膜占了主导。因此，每一篇传统膜过程的论文都显得非常可贵。今天，小编要为大家带来一篇超浸润膜与传统膜过程相结合的论文，希望能对大家的研究有所启示。
这篇发表在Advanced Materials上论文来自于德国马普高分子研究所（Max Planck Institute for Polymer Research）的Doris Vollmer教授课题组，他们瞄准的方向是CO2的吸收。CO2的过度排放是造成全球变暖的重要因素，目前，发电厂主要通过吸收剂来吸收这些燃烧产生的温室气体，最为常见的吸收剂是N-甲基二乙醇胺（MDEA），并常加入哌嗪提高性能。在这项研究中，研究者选择了膜接触器来代替常见的吸收器。所谓膜接触器，是指吸收气体与吸收剂分别位于膜的两侧，通过膜孔处形成的气液界面进行传质。膜接触器具有易于集成、增强传质等作用，同时气体与液体的流动参数可以随意调节。不过，膜接触器在使用过程中需要满足以下要求：（1）膜孔不能被液体吸收剂所浸润；（2）面对高温、强酸强碱等环境均具有较好的长期稳定性；（3）在操作过程中不会被气体中的颗粒悬浮物堵塞。
一般来说，膜接触器往往选择表面能较低的聚合物材料如聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）等。不过MDEA的表面能较低，上述材料仍有可能被MDEA浸润。因此，研究者们制备了具有超低表面能的超疏液膜并将其用于CO2膜接触器。材料的制备过程非常简单，他们将亲水的聚酯纤维浸没在含有痕量水的甲基三氯硅烷的甲苯溶液中，甲基三氯硅烷可发生水解并与聚酯纤维表面的羟基反应形成纳米细丝。反应3小时表面就会形成1-2 µm厚的纳米结构层，再通过氧等离子体处理活化后于含氟硅烷反应，最终得到具有纳米结构的超疏液结构的膜。
图片来源：Wiley
MDEA液滴在材料表面的接触角大于160°且滚动角小于10°，通过显微观察可以看出，疏液的纳米结构在膜与MDEA间形成了气膜。作者也比较了其他超疏水膜与超疏液膜对于具有不同表面张力的液体的浸润行为，发现样品即使面对表面张力最低的正己烷也依旧能够保持优异的疏液性质。
图片来源：Wiley
正如作者所预期的，超疏气膜组装进膜接触器后展现出优异的CO2吸收能力。膜在两周后仍能保持较好的疏液性，表现出优异的化学稳定性，同时在力学性质与高温稳定性均有较好的表现。
图片来源：Wiley
图片来源：Wiley
这种超疏液膜接触器还有望被用于其他类型气体如H2S的吸收过程。
这篇论文也让我们看到传统膜领域的课题也有机会在高档次的期刊上发表。将新材料、新概念与传统过程相结合，并且解决传统过程中的核心问题，同时提供完整且新颖的表征数据，传统的领域一样可以绽放创新的光彩。
—— 评论 ——
事实上，这篇文章中所用的纤维织物严格意义上并不能被称为膜，随着越来越多不同领域的研究者涉足这一方向，“膜”这一概念被随意的拓展到了所有能发挥分离功能的二维多孔材料上。实际上，膜在孔尺寸、空隙率等方面均与纤维织物或金属筛网差别较大。那么问题来了，膜的哪些因素可能影响膜接触器的运行效率？当膜孔变小时，纳米结构对于气液界面的影响是正面的还是负面的？
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603524/abstract
Enhancing CO2 Capture using Robust Superomniphobic Membranes
Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603524
（本文由YHC供稿）