中國科研團隊攻克碳捕集混合基質膜工業製造世界級難題

（香港文匯網記者 張聰）材料學領域國際頂尖期刊《先進材料》於2026年3月在線發表一項由中國科研團隊領銜的重磅突破——天津大學化工學院王志教授團隊聯合天津工業大學、澳大利亞昆士蘭大學、美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校科研團隊，攻克了長期制約碳捕集膜材料從實驗室走向工業化的世界級瓶頸，首創「預佔位-後激活」策略，全球首次實現幅寬達一米的金屬-有機框架（MOF）基耐壓二氧化碳分離混合基質複合膜的「卷對卷」規模化連續製造，為全球碳達峰、碳中和事業落地提供了來自中國的成熟技術方案。

應對氣候變化已成為全球共識，中國提出的碳達峰、碳中和（下稱「雙碳」）目標，對碳捕集、利用與封存（CCUS）技術提出了迫切需求，其中二氧化碳高效分離是實現減排的核心環節。膜法碳捕集技術憑藉能耗低、無溶劑揮發污染、設備可撬裝集成、佔地面積小等突出優勢，成為全球低碳技術研發的核心賽道。此前，國內外科研機構已在實驗室條件下開發出多款高性能混合基質膜，但受限於製備規模，始終無法滿足工業化應用所需的超大膜面積需求。制約其產業化的核心痛點，在於工業快速塗布的非平衡動態加工過程中，膜材料中的填料極易失穩團聚，引發多尺度界面缺陷，導致膜性能大幅衰減，這一難題也成為該領域「從實驗室到工廠」的世界性轉化堵點。

針對這一行業共性難題，王志教授團隊打破傳統研究僅關注實驗室靜態分散性能的固有範式，將研發邏輯從「實驗室靜態穩得住」升級為「工業化動態穩得住」，首創面向規模化製造的「預佔位-後激活」策略，開發出兼具靜態分散與動態加工穩定性的荷正電聚合物刷MOF材料，實現三大原創性突破。一是創新材料設計理念，首次明確面向膜工業化製造的填料需同時具備靜態與動態穩定性，從源頭適配工業大規模生產的加工特性；二是獨創孔道保護技術，通過「先堵後疏」的技術路徑，先利用質子化胺基預佔孔道引導聚合物外表面接枝，再通過去質子化「後激活」恢復孔道暢通與材料活性，既構建了穩定的聚合物刷層，又充分保障了二氧化碳的高效傳輸；三是構建雙重穩定機制，通過高荷正電框架與表面聚合物刷協同發揮靜電-空間位阻效應，確保材料在體系中靜態穩定分散，同時藉助自由伸展的聚合物刷與聚合物基質形成的界面互鎖結構，在工業加工的溶劑快速蒸發過程中自適應抵抗聚集誘導力，從根本上解決了動態加工失穩的行業頑疾。

在實驗室技術取得突破的基礎上，團隊同步推進產學研深度協同，與國內企業合作打通了從實驗室研發到工廠量產的全鏈條轉化路徑。在自主設計的工業級「卷對卷」刮塗生產線上，團隊成功實現了幅寬達一米的MOF基混合基質複合膜的連續穩定製造，這也是全球範圍內首次實現該類高性能膜材料的米級幅寬規模化生產。經多批次系統取樣與工況驗證，所製備的膜產品在天然氣脫碳、工業煙道氣燃燒後碳捕集等典型工業場景下性能優異，批次間穩定性與膜面均勻性表現突出。技術經濟評估結果顯示，在相同分離目標下，該款膜產品較同類型商用膜可將所需膜面積降低一個數量級以上，不僅能大幅削減項目固定投資成本，還能顯著壓縮設備佔地面積，為CCUS項目的工業化大規模部署提供了極強的可行性。

據了解，該項技術研發主要依託王志教授團隊牽頭的兩項國家重點研發計劃項目推進。業內專家表示，該項突破徹底打通了MOF基氣體分離膜從實驗室創新向工業化應用的關鍵堵點，有望打破高能耗傳統碳捕集工藝的技術壟斷，未來可廣泛應用於工業煙道氣碳捕集、天然氣脫碳、合成氣凈化等多個核心工業場景，為全球CCUS產業鏈降本增效提供強有力的技術支撐，引領氣體分離膜行業向高效、低能耗方向轉型升級，助力中國及全球雙碳目標的加速實現。