科技日报记者 金凤
对于用作空气净化、海水淡化的分离膜来说，如果渗透性好了，杂质就会渗透进来，而如果膜对杂质的拦截性提高了，渗透性就差了。如何兼顾渗透性和拦截性，是行业难题。9月22日，国际学术期刊《科学》刊发的一篇研究成果，提出了一种新策略。在这篇论文中，南京工业大学领衔的科研团队发明出“固态溶剂法”，并利用这种方法制备了具有超高含量纳米材料的超薄分离膜，膜的厚度仅为50纳米，而填入的纳米材料的含量高达80%以上，实现了膜的渗透性和拦截性的数量级提升。
金万勤团队在研究讨论膜样品（从左到右分别为陈桂宁、金万勤、刘公平）。南工大供图
近年来，科学家一直在探索如何将高性能的纳米材料掺杂在高分子材料中，以制备兼具渗透性和拦截性的混合基质膜。但受制于技术瓶颈，混合基质膜仍未大规模应用。
“有些纳米材料有孔，而且是均匀的，在高分子材料做成的膜中，纳米材料加得越多，膜中均匀的孔就越多，膜拦截杂质的效率和精度就越高。但问题是，以往把纳米材料填入高分子材料后，二者不相溶，纳米填料容易沉降。”论文的第一作者、南京工业大学陈桂宁博士告诉科技日报记者。
“针对这个问题，我们将纳米材料的原材料溶解在高分子材料中，然后再将原材料通过反应转化成纳米材料，得到均匀、超薄的分离膜。”论文的通讯作者、南京工业大学金万勤教授说，该方法既能让纳米填料和高分子材料相溶，又能在膜上形成均匀的孔隙，纳米填料在混合基质膜中的含量远远超过高分子，实现了“反客为主”，为分子提供超快传输通道。
论文的共同通讯作者南京工业大学刘公平教授介绍，实验表明，这种混合基质膜表对于氢气和二氧化碳的分离性能高出传统分离膜1至2个数量级。
“用‘固态溶剂法’更容易制备超薄的平板型和中空纤维型混合基质膜。”刘公平说，该方法适用于不同类型的填料和高分子基质，表现出良好的规模化制备前景与膜材料普适性。
“研究首次从实验上证明了制备具有超高含量纳米材料的超薄分离膜的可行性，也为发展基于纳米材料的超薄分离膜及功能涂层提供了新思路和理论技术基础。”金万勤介绍，该混合基质膜在碳捕集等过程极具应用潜力，有望助力我国“双碳”目标的实施。