揭示了一種製備用於混合物分離的離子液體膜的新技術

將混合物分離成其組成物質在許多領域都是至關重要的。例如，混合物分離在石化工業以及化學純化和合成工廠中起著關鍵作用。此外，從永續發展的角度來看，分離混合物也很重要。透過選擇性地從混合物中分離化合物，我們可以回收和再利用有用的物質，同時從工業製程的輸出中捕獲有害氣體。

最近，（IL），它們是由有機陽離子和有機或無機陰離子組成，引起了材料科學家的極大關注。這些化合物具有獨特且有前景的特性基於混合物的分離。更具體地說，透過用精心選擇的離子液體塗覆支撐多孔膜，可以透過調節膜對這些氣體的親和力來選擇性地從混合物中提取特定氣體。

儘管固定化離子液體膜具有用於混合物分離的潛力，但其製造仍有些複雜。在過去的研究中，研究人員首先透過液相反應製備具有IL型基團的矽氧烷化合物，然後使用眾所周知的溶膠-凝膠技術將這種材料塗覆到奈米多孔膜上。這個多步驟的過程可能非常乏味、耗時，而且有些不靈活。

為了解決這些問題並使基於 IL 的薄膜更容易生產，由名古屋工業大學副教授 Yuichiro Hirota 領導的日本研究小組提出了一種創新的解決方案。他們開發了一種更簡單、通用且直接的方法，透過氣相反應來生產 IL 固定膜。這項工作是發表在膜科學雜誌。關西大學田中俊介教授也是研究小組的成員。

所提出的策略首先將奈米多孔氧化鋁管浸塗到含有聚合（3-氯丙基）二乙氧基（甲基）矽烷（ClPDMS）的溶液上。這形成了薄的聚合物薄膜，在奈米多孔管的表面上具有暴露的氯丙基。

然後，研究人員採用了一種稱為氣相傳輸 (VPT) 處理的技術，其中將 ClPDMS 膜放置在密閉容器中，並在受控溫度下暴露於 1-甲基咪唑蒸氣。這種處理將幾乎所有的氯丙基轉化為具有氯陰離子和咪唑鎓陽離子的咪唑鎓型IL結構。然後，只需將塗膜管浸入 HN(SO₂CF₃）₂溶液足以將陰離子從氯交換為（CF₃所以₂）₂氮^？。

為了證明 VPT 策略的有效性，研究人員使用 X 射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡和 AgCl 沉澱反應徹底表徵了所得膜。他們還進行了滲透性和滲透選擇性測試，以測量不同膜提取 H2 等氣體的效果。₂, H₂O和甲苯的混合物。

Hirota 說：“我們的論文是第一個已知的在離子液體材料中使用 VPT 和陰離子交換來製造分離膜並評估膜在滲透和分離方面的性能的實例。”他進一步補充說：“所開發的技術在製備各種 IL 固定矽氧烷膜方面表現出巨大的潛力。”

總體而言，本研究提出了一種製備用於混合物分離的定制膜的便捷方法。使此類膜更加通用和易於使用可能會增加它們在工業應用中的存在，這對永續發展具有巨大價值。

「利用基於薄膜的分離技術，合成我們周圍的各種產品和燃料的過程可以節省能源，從而有助於解決全球暖化等環境問題，」廣田評論道。 “這將有助於我們在 2050 年實現碳中和的集體目標。”