Chem Soc Rev：有机分子筛膜用于化学分离

膜技术是解决人类面临的能源、资源、环境和传统产业升级转型等领域重大挑战的共性技术之一。分子级别的分离，如二氧化碳捕集、烯烃/烷烃分离、共沸物分离，因其亚纳米混合物组成、埃级尺寸差异、物理化学性质相似等特性，已成为膜领域的重要发展方向与公认难题。原则上，所有用于分子分离过程的膜均可称为分子筛分膜。近年来，随着筑网化学等平台化学的出现，新兴微孔有机材料（如固有孔高分子、多孔有机笼、共价有机框架、多孔芳香框架等），在分子分离领域展示出非凡前景。新兴微孔有机材料作为膜构筑单元具有以下优势：（1）具有刚性、易裁剪的周期性网络或框架结构；（2）可依据分子尺寸、反应活性等理化性质差异进行分离，不受trade-off效应制约；（3）具有良好的应用稳定性，理论上可抵御应用过程中膜结构的不利演变。

近日，天津大学化工学院姜忠义教授（点击查看介绍）团队在国际学术期刊Chemical Society Reviews（IF=42.8）发表了题为“Organic molecular sieve membranes for chemical separations”的长篇综述论文。首次提出了有机分子筛膜（Organic Molecular Sieve Membranes, OMSMs）的全新概念，并结合有机分子筛膜的共性、个性和应用需求，凝练出“STEM”（刚柔相济、尺寸可控、亲疏平衡、活性适中）核心导则，用于指导有机分子筛膜的全链条设计和贯通式研究（图1）。

图1. STEM导则下的有机分子筛膜结构精密构筑和高效过程强化

该综述聚焦全链条设计和贯通式研究，系统总结了近期有机分子筛膜的研究进展，主要包括：（1）基于成键作用强度，从筑网化学、点击化学、超分子化学和模块化学等方面阐述了平台化学在有机分子筛膜结构精密构筑过程的应用；（2）从有机分子筛膜的主体结构、通道结构和表面结构对多级结构构筑过程的设计原则进行了分析；（3）基于成膜过程中作用力类型，从物理、化学两个角度系统介绍了有机分子筛膜的组装方法，并分析比较了不同方法的优势与局限性；（4）重点分析了膜与目标分子相互作用、传统传质机制及新兴传质机制；（5）根据组分相态，将有机分子筛膜的分离应用分为气体分子混合物分离和液体分子混合物分离，总结了有机分子筛膜在分子分离领域的代表性应用，并讨论了目前存在的主要挑战；（6）依据全链条设计和贯通式研究原则，从平台化学、可裁剪性、规整性、多孔性、成膜性、完整性、稳定性、传质机制、渗透性-选择性、可放大性等八个层面，分析、比较了不同种类分子筛膜的共性和个性。

最后，该综述围绕“膜结构精密构筑”与“膜高效过程强化”两大区块，从材料基因组学与人工智能、结晶性调控、膜孔道精密构筑与调控、生物启发下的限域传质、膜放大制备与稳定性、应用体系拓展等层面对有机分子筛膜进行了前瞻分析，明确指出，有机分子筛膜以其化学多样性、通道规整性、结构可设计性及良好的应用稳定性将成为新一代的分子分离膜材料，有机分子筛膜的研究开发将成为膜领域的前沿和热点。

天津大学为本论文第一单位，论文第一作者为天津大学王洪建博士研究生和王梅迪博士研究生，通讯作者为天津大学姜忠义教授。相关研究获得国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Organic molecular sieve membranes for chemical separations

Hongjian Wang, Meidi Wang, Xu Liang, Jinqiu Yuan, Hao Yang, Shaoyu Wang, Yanxiong Ren, Hong Wu, Fusheng Pan, Zhongyi Jiang*

Chem. Soc. Rev., 2021, DOI: 10.1039/d0cs01347a

通讯作者简介

姜忠义，天津大学化工学院教授。长江学者讲座教授，国家杰出青年基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，新世纪百千万人才国家级人选，享受政府特殊津贴人员，侯德榜化工科学技术奖获得者，天津市优秀科技工作者标兵，天津市杰出津门学者，英国皇家化学会会士。国家科技部创新团队负责人，国家基金委创新群体学术骨干。国家重点研发计划项目首席科学家。

长期从事仿生与生物启发下的膜和膜过程研究。负责承担了国家重点研发计划项目、国家863重大项目课题、国家基金重点项目、国家基金重大项目课题、国家基金国际合作项目，中石油、中石化、中海油委托项目等科研项目。发表SCI论文500余篇，论文被SCI他引21,000 余次，H因子81。作为第一完成人获省部级科技奖一等奖四项。任Journal of Membrane Science，Green Chemical Engineering，膜科学与技术、化学学报、化工进展等期刊编委。连续入选中国高被引学者（化学工程）榜单，并入选全球高被引学者（化学工程）榜单。

姜忠义

https://www.x-mol.com/university/faculty/13315 

课题组网址

http://www.jiang-lab.com/