揭秘用于混合物分离的离子液体基膜的制备新技术

将混合物分离成其组成物质在许多领域都是必不可少的。例如，混合物分离在石化工业以及化学净化和合成工厂中起着关键作用。此外，从可持续性的角度来看，分离混合物也很重要。通过从混合物中选择性地分离化合物，我们可以回收和再利用有用物质，同时捕获工业过程输出中的有害气体。

最近，离子液体(IL)引起了材料科学家的极大关注，这种熔融盐由有机阳离子和有机或无机阴离子组成。这些化合物为基于膜的混合物分离提供了独特且有前景的特性。更具体地说，通过在支撑多孔膜上涂上精心选择的IL，可以通过调节膜对这些气体的亲和力来选择性地从混合物中提取特定气体。

尽管固定离子液体的膜具有分离混合物的潜力，但制造它们仍然有些复杂。在过去的研究中，研究人员首先通过液相反应制备具有离子液体型基团的硅氧烷化合物，然后使用一种众所周知的溶胶-凝胶技术将该材料涂覆到纳米多孔膜上。这个多步骤的过程可能很繁琐、耗时，而且有些不灵活。

为了解决这些问题，使基于IL的膜更容易生产，日本的一个研究小组在名古屋工业大学的副教授YuichiroHirota的带领下提出了一个创新的解决方案。他们开发了一种更简单、通用且直接的方法，通过气相反应生产IL固定化膜。这项研究发表在《膜科学杂志》上。关西大学的ShunsukeTanaka教授也是这个研究小组的成员。

所提出的策略首先是将纳米多孔氧化铝管浸涂到含有聚合(3-氯丙基)二乙氧基(甲基)硅烷(ClPDMS)的溶液上。这会在纳米多孔管表面形成一层薄聚合物膜，其中氯丙基暴露在外。

然后，研究人员采用了一种称为气相传输(VPT)处理的技术，将ClPDMS膜放在密闭容器中，并在受控温度下暴露于1-甲基咪唑蒸汽中。这种处理将几乎所有的氯丙基团转化为具有氯阴离子和咪唑阳离子的咪唑型IL结构。之后，只需将膜涂层管浸入HN(SO2CF3)2水溶液中，就足以将阴离子从氯交换为(CF3SO2)2N−。

为了证明VPT策略的有效性，研究人员使用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和AgCl沉淀反应对所得膜进行了彻底表征。他们还进行了渗透性和渗透选择性测试，以测量不同膜从混合物中提取H2、H2O和甲苯等气体的能力。

Hirota表示：“我们的论文是首次利用VPT和离子液体材料中的阴离子交换来制造分离膜，并评估膜在渗透和分离方面的性能。”他进一步补充道：“所开发的技术在制备各种IL固定硅氧烷膜方面具有极好的潜力。”

总体而言，这项研究提出了一种方便的方法来制备用于混合物分离的定制膜。使此类膜更加通用和易用，可能会增加其在工业应用中的普及，这对可持续发展具有重要价值。

Hirota评论道：“利用基于膜的分离技术，我们周围各种产品和燃料的合成过程可以节省能源，从而帮助解决全球变暖等环境问题。这将有助于我们实现到2050年实现碳中和的共同目标。”