膜厚度的最佳点提供可持续的分离

超薄碳分子筛 (CMS) 膜可能不是分离工业上重要的化学混合物的最佳选择。然而，KAUST 研究人员表明，确保 CMS 膜厚度恰到好处可以实现更节能的化学产品净化。

CMS 膜，顾名思义，可以通过仅允许某些分子通过其亚纳米级孔来净化液体或气体混合物。目前，化学工业主要使用蒸馏等热基工艺来分离产品混合物，但这些工艺消耗了全球约 10% 的能源输出。“这种情况非常不可持续，”KAUST 的研究科学家 Wojciech Ogieglo 说。“我们相信，这些能源密集型分离的很大一部分可以被更环保的膜分离所取代。”

CMS 膜是通过将一层富含碳的聚合物沉积到合适的载体上，然后加热将聚合物转化为微孔 CMS 膜而制成的。“迄今为止，CMS 材料在各种高能耗的基于膜的气体分离应用中表现出最佳性能，”小组负责人 Ingo Pinnau 说。

“这些材料在化学上也特别坚固，”Ogieglo 指出。“它们在塑料生产或温室气体捕获等情况下很有前景，因为它们即使在非常恶劣的化学环境和高温下也能可靠运行，”他说。

CMS 膜研究的一个方面是优化 CMS 膜厚度，以最大限度地减少分离化学混合物所需的能量。“直觉上，人们可能会认为膜越薄越好，”Ogieglo 说。预计更薄的 CMS 层对通过其孔的分子的传输阻力最小。然而，该团队发现，当他们制造亚 50 纳米 CMS 薄膜时，CMS 层非常紧凑，微孔率很低。“事实证明，这种极薄的薄膜会产生比预期大得多的传输阻力，”Ogieglo 说。研究小组表明，较厚的 300 纳米 CMS薄膜具有明显更高的微孔率。

“我们认为，在膜性能最佳的厚度范围内必须有一个甜蜜点——不要太薄，也不要太厚，”Ogieglo 说。“我们目前正在试图找出这个甜蜜点就在于对不同类型的膜材料。”

“结果将有助于团队更广泛的努力，以创造可扩展的、行业就绪的 CMS 分离膜，”Pinnau 说。“我们目前正在扩大 CMS 复合膜的生产，以测试它们在膜组件中的性能和长期稳定性，”他补充道。

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