近日，新加坡國立大學(xué)趙丹教授和團(tuán)隊構(gòu)建出一種金屬有機(jī)框架多晶膜，在 1500 多小時的連續(xù)運行中，仍能保持穩(wěn)定的分離性能。這一突破性的研究成果為制藥、化工、環(huán)保等領(lǐng)域帶來了新的希望。

該多晶膜不僅能有效避開混合基質(zhì)膜的不足，還能充分發(fā)揮金屬有機(jī)框架材料的本征優(yōu)勢，實現(xiàn)高選擇性的分離。在藥物提純和藥物濃縮方面，它表現(xiàn)十分出色。

預(yù)計這款多晶膜將在多個領(lǐng)域發(fā)揮重要價值。其一，可用于抗生素的提純。通過調(diào)控多晶膜的孔徑和表面化學(xué)性質(zhì)，能夠針對不同分子量和結(jié)構(gòu)的抗生素實現(xiàn)高效分離，從而提高抗生素的純度和收率。其二，可用于蛋白質(zhì)和肽類藥物的提純。由于其具有孔徑篩分的特性，可用于此類藥物的分離提純，提高產(chǎn)品的純度與活性，減少雜質(zhì)和副產(chǎn)物。針對有機(jī)小分子藥物，多晶膜能夠有效去除合成母液中的雜質(zhì)，提升藥物的純度和質(zhì)量，進(jìn)而提高藥物的療效和安全性。其四，可用于高附加值催化劑的再循環(huán)利用。多晶膜能夠以選擇性的方式分離工業(yè)反應(yīng)中的高附加值催化劑，促進(jìn)其再循環(huán)利用。其五，可用于溶劑回收與純化。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，多晶膜能用于有機(jī)溶劑的回收與純化，提高溶劑利用率，促進(jìn)綠色化工的發(fā)展。

具體到本次研究，它始于 2022 年，由新加坡國立大學(xué)趙丹團(tuán)隊聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所以及江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的合作者共同發(fā)起。畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)的史賢松博士是本次項目的主要研究人員。為了完成本次研究，史賢松加入趙丹團(tuán)隊，并將“多晶金屬有機(jī)框架液體分離膜的設(shè)計與放大制備”作為課題的主要目標(biāo)。

在研究過程中，團(tuán)隊瞄準(zhǔn)了幾種易于成膜的金屬有機(jī)框架材料，并將它們制備在陶瓷片基底之上，構(gòu)建了直徑約為 18 毫米的多晶膜材料。這些膜材料的厚度通常在微米級，導(dǎo)致傳質(zhì)阻力偏大、滲透通量較低。盡管金屬有機(jī)框架多晶膜具有規(guī)整且較小的傳質(zhì)通道，能實現(xiàn)高選擇性分離，但膜的厚度較大，會顯著抑制傳質(zhì)效率，對分離過程不利。為解決膜厚度導(dǎo)致的傳質(zhì)效率低問題，他們開始嘗試增加額外的傳質(zhì)通道。