天津大學研製新型碳捕集膜　二氧化碳滲透率突破文獻紀錄

（香港文匯報記者張聰 天津報道）記者從天津大學獲悉，10月7日，天津大學姜忠義、何光偉團隊成功研製出一種新型全有機混合基質膜，突破了膜分離性能與加工性難以兼顧的瓶頸，為工業氣體低能耗、低成本碳捕集提供了新的材料路徑。相關成果於當日在線發表於國際頂級學術期刊《自然·能源》。

實現「雙碳」目標，碳捕集是重要一環。所謂碳捕集，就是捕捉釋放到大氣中的二氧化碳，經壓縮後封存到枯竭油田或其他安全的地下場所。電廠、水泥廠、鋼鐵廠等排放的工業氣體二氧化碳濃度不高、總量卻極大，要將其「篩」出來，傳統辦法能耗高、成本高。膜分離技術綠色、低碳、節能，被認為是極具潛力的碳捕集技術方向。

膜是膜分離技術的「篩子」。面對工業煙氣，膜既要讓二氧化碳快速穿過，又要有效截留其他氣體，還需長期穩定、易於規模化加工，這些要求成為碳捕集膜材料研究的前沿挑戰。混合基質膜能把聚合物的良好加工性與多孔填料的高效傳輸能力結合起來，在低能耗碳捕集技術中佔據重要地位。但兩類材料性質迥異，首先要解決相容性問題：多孔填料的引入常伴隨顆粒團聚、沉降和界面缺陷，使其內部孔道的傳質優勢難以充分發揮。傳統辦法常靠增大作用力把填料和聚合物「粘得更牢」，但效果有限，還易引起界面聚合物鏈硬化、填料孔道堵塞等副作用，導致填充量上不去，分離性能仍由聚合物基質主導。

對此，研究團隊受細胞膜全有機鑲嵌結構啟發，提出「弱界面作用鑲嵌」策略，將具有規整有序孔道的單晶共價有機框架（COF）與高分子聚合物複合，研製出全有機混合基質膜。通過設計低表面能的填料，同時協調「填料—聚合物」與「填料—填料」兩類相互作用，在界面結合力夠用的前提下抑制填料彼此黏附、抱團，使COF以高填充量均勻地「嵌」進膜裏，結構保持「高保真」，性能上真正「當主角」。這種膜在充分保留柔性與溶液加工性的同時，構建起二氧化碳快速傳輸通道。

在模擬煙氣混合氣測試中，該全有機混合基質膜的二氧化碳滲透率實現數量級提升，突破文獻紀錄值，達到模型預測純COF膜理論值的約70%。該膜還展現出良好的長期穩定性，在含水分、硫氧化物和氮氧化物的測試條件下性能保持穩定。經初步技術經濟分析，在設定流程與成本條件下，碳捕集成本約為每噸二氧化碳38美元。

「把工業碳減排的難題，轉化為高端膜材料的科學問題，是我們長期攻關的方向。」團隊負責人姜忠義教授表示，該成果為開發兼顧性能、穩定性和加工性的膜材料提供了新思路，有望在電力、水泥、鋼鐵等行業的煙氣碳捕集中應用，推動碳捕集膜技術走向工業應用。