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COFs材料与MOFs材料产业化的困难与意义

2023-09-28

MOFs,全称为金属-有机框架材料,是一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料,可应用在分离、催化、储能等领域。金属-有机骨架分离膜简称MOF膜,分离效果优且低能耗,具有广阔应用前景。

根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年MOF膜行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,MOF膜可对膜层厚度、膜结构、多孔结构、孔径等进行设计,以降低膜厚度、减小穿透阻力、提高传输性能、优化选择透过性等性能。MOF膜可分离气体、液体、离子等,其中,气体分离是热门研究领域,利用MOF膜可提高空气净化效果,在空气净化器、家用空调、汽车空调、工业气体分离与空气净化等领域均有广阔市场空间。

我国MOF膜技术研究成果不断增多,包括气体、液体、离子分离领域。2017年,北京理工大学化学与化工学院研究团队成功将金属有机骨架化合物(MOFs)材料应用于空气过滤,该材料在室温下对PM2.5的滤出率高达99.5%,且只在200℃的条件下净化效率才会发生少量折损。

2019年,北京理工大学研究团队将超高MOF担载量膜用于高效污水净化,采用一种热致相分离-热压法(TIPS-HoP)联用策略实现对辊连续生产高担载量、柔性MOF基混合基质膜。

2020年,天津工业大学团队与天津大学团队合作发现了一种新的MOF膜状态,即“低晶态MOF膜”(LC-MOF membrane),其具有丰富的金属空位,对烯烃/烷烃等分离十分有效。

2021年,大连化学物理研究所无机膜与催化新材料研究组在金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)膜分离研究中取得新进展,利用原位界面组装策略,构筑了表观厚度为零、高度取向的膜-载体互锁型复合微结构MOF膜,实现H2/CO2高效分离。

新思界行业分析人士表示,我国在MOFs技术研究领域不断取得突破,但商业化应用实力依然较弱。在全球范围内,MOFs商业化应用优秀企业主要有德国拜耳、美国Strem试剂等。与德国、美国等国家相比,我国在MOFs研究成果工业化转化方面实力不足,现阶段MOFs行业规模与市场规模均较小。原因主要是MOF膜生产成本高,在气体、液体、离子分离以及空气净化领域竞争力弱。

然而,南开大学化学学院张振杰教授开发了熔融绿色合成策略,实现了无须添加任何溶剂就获得具有高结晶性、高稳定性的乙烯基COFs的克级制备。熔融绿色合成作为一种绿色技术,由于其成本低、减少危险化学品的使用、工艺和处理简单等独特优势,在工业实际合成工艺中显示出巨大的潜力。除此之外,将COFs加工成不同的形状并能合理处理形状和尺寸,使它们易于运输、储存和使用,能够极大的推进COFs的工业应用。目前报道的COFs大多在合成和活化后以粉末形式存在,阻碍了其在绿色化工领域的进步应用。熔融绿色合成的新方法使成本效益高的晶体COFs在公斤级大规模制造成为可能,成功打开了科研成果实现产业化的大门,它在空气净化、医药、色谱填料等领域有着广泛的应用价值。

针对我国居民对空气质量的关注度不断提高,空气净化器需求不断增长的实际情况,使得进入布局的企业数量不断增多,这些企业规模、技术实力高低不一,产品质量参差不齐,随着新国标出台,较多企业被淘汰出局,行业正在向着规范化、品牌化方向发展,产品技术含量不断提高。由此来看,随着空气净化器更新换代,COFs产业化的生产将为这一问题带来新的光明。


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