溶剂辅助限域修饰构建高通量有机硅膜用于生物醇高效回收

　　针对生物醇发酵液回收效率低下的难题，研究人员通过溶剂辅助限域修饰（SACM）策略开发了具有可调链间距的高性能有机硅膜。该膜实现了乙醇和正丁醇的渗透通量分别达4.6和7.2 kg·m?2 ·h?1 ，分离因子提升至9.4和19.1，突破了传统聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜的渗透-选择性权衡瓶颈，为工业级分子分离提供了创新解决方案。

　　

在全球能源转型的背景下，生物醇（如乙醇和正丁醇）作为清洁燃料备受关注，但其生产过程中发酵液的分离能耗占整体成本的60%以上。传统蒸馏技术能耗高，而现有膜材料如聚二甲基硅氧烷（PDMS）面临渗透通量低（<2.0 kg·m^?2
·h^?1
）和渗透-选择性难以兼得的困境。如何通过材料设计突破这一“trade-off”效应，成为膜科学领域的核心挑战。

华中科技大学的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表研究，提出了一种溶剂辅助限域修饰（SACM）策略。通过以正己烷为溶剂媒介，将全氟辛酰氯（F15）引入PDMS基膜的纳米级链间隙，引发与残余胺基的酰胺化反应，实现了链间距（3.86–3.92 ?）和有机亲和性的精准调控。该技术首次在致密聚合物膜中实现了三维限域修饰，为工业级分子分离提供了新范式。

关键技术方法
研究采用多胺基聚二甲基硅氧烷（MAPDMS）与六亚甲基二异氰酸酯（HDI）缩聚制备基底膜（MAPDMS-HDI），通过溶剂溶胀效应扩大链间距后，利用F15进行限域修饰。结合X射线衍射（XRD）和接触角测试表征膜结构，并通过渗透蒸发装置评估C1–C4醇分离性能。

研究结果

1. 膜结构表征：SACM修饰后的MAPDMS-HDI-F15膜展现出均匀的氟元素分布（XPS证实）和扩大的自由体积腔（SAXS显示间距增加0.2 ?），接触角从98°升至125°，表明疏水性显著增强。
2. 醇分离性能：优化膜对乙醇和正丁醇的通量分别达4.6和7.2 kg·m^?2
   ·h^?1
   ，分离因子较未修饰膜提升300%，且连续运行120小时无衰减。
3. 机制解析：氟化基团的立体位阻效应和静电排斥协同扩大了扩散通道，而低表面能特性增强了醇类吸附，实现溶解-扩散双优化。

结论与意义
该研究不仅为生物醇回收提供了迄今性能最优的有机硅膜，更开创了“溶剂辅助限域修饰”这一普适性膜材料设计策略。其工业价值体现在：原料成本降低40%，能耗仅为蒸馏的1/5。未来可拓展至制药、化工等领域的分子筛分，推动绿色制造进程。