化石資源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題加速了世界各國(guó)對(duì)生物質(zhì)資源的研究和開(kāi)發(fā)？啡┦且环N重要的平臺(tái)化合物，其直接或間接生產(chǎn)的有機(jī)化學(xué)品多達(dá)1600種，已成為生物基化學(xué)品研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)生物基糠醛生產(chǎn)工藝濃度極低，造成極高的分離能耗和生產(chǎn)成本。因此，開(kāi)發(fā)高效的糠醛分離技術(shù)具有重要意義。滲透汽化具有穩(wěn)定性高、能耗低與細(xì)胞毒性小等特點(diǎn)，無(wú)需額外引入化學(xué)品，可極大降低分離過(guò)程的能耗；其核心膜材料主導(dǎo)著過(guò)程經(jīng)濟(jì)性。近日，北京化工大學(xué)秦培勇教授課題組在國(guó)際期刊《J. Clean. Prod.》發(fā)表題為“Recent progress in pervaporation membranes for furfural recovery: A mini review”（DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.136481）的綜述文章。從滲透汽化膜材料類型、分離特性、制備方法及其糠醛分離過(guò)程耦合等方面，回顧了糠醛滲透汽化分離用膜的最新進(jìn)展；展望了有關(guān)膜材料的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。文章第一作者為北京化工大學(xué)博士生莊嚴(yán)，通訊作者為北京化工大學(xué)司志豪博士與秦培勇教授。
近年來(lái)糠醛滲透汽化分離膜主要集中在聚合物膜，如PDMS、PTFPMS、PUU和PEBA等，及其以ZIF-8、ZIF-7、石墨烯、MIL-53、COF-300、POSS為填料的混合基質(zhì)膜，相關(guān)報(bào)道數(shù)逐漸增加。本文詳細(xì)闡述了聚合物膜與糠醛分子相互作用關(guān)系，概括了氟化、嵌段共聚和交聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)整等疏水性強(qiáng)化的方法。針對(duì)當(dāng)前有機(jī)膜制備效率低的問(wèn)題，介紹了以熱交聯(lián)法和光交聯(lián)法為基礎(chǔ)的過(guò)程優(yōu)化方法，如過(guò)程參數(shù)優(yōu)化和預(yù)聚體分子重構(gòu)等。進(jìn)一步總結(jié)了混合基質(zhì)膜中粒子分散性及其與聚合物相容性對(duì)分離性能的影響，從粒子/滲透分子/聚合物相互作用的角度介紹了提升糠醛分子傳質(zhì)的方法，如粒子缺陷工程、尺寸調(diào)控和疏水性改性等。此外，本文針對(duì)真實(shí)糠醛分離耦合過(guò)程的膜污染和能耗不友好問(wèn)題，概述了當(dāng)前抗污膜開(kāi)發(fā)的進(jìn)展以及汽提-滲透汽化多級(jí)耦合的應(yīng)用情況。總之，滲透汽化技術(shù)對(duì)于糠醛生物基路線的分離具有非常大的應(yīng)用潛力，更多高質(zhì)量的膜材料有待開(kāi)發(fā)。
圖1 糠醛滲透汽化分離用膜概要示意圖
圖2 滲透汽化分離糠醛研究報(bào)道數(shù)
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136481
下載：Recent progress in pervaporation membranes for furfural recovery: A mini review
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