23日從天津大學獲悉，該校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圣巴巴拉分?？蒲袌F隊，成功攻克膜法碳捕集領域的“卡脖子”難題。團隊研發出基于“預占位—后激活”(POPA)策略的新型膜材料，讓高性能MOF基二氧化碳分離膜實現“從實驗室到工廠”的跨越?？稍诠I級“卷對卷”生產線上實現規模化連續制造，幅寬可達一米，為“雙碳”目標落地注入強勁科技動能。該研究成果近期發表于國際期刊《先進材料》。

據了解，二氧化碳的高效分離是減排的關鍵環節。“膜法碳捕集”技術具有能耗低、無溶劑揮發污染、設備可撬裝集成、占地面積小等顯著優勢，因而備受關注。近年來，國內外研究者在實驗室條件下已開發出多種高性能混合基質膜，并展示了優異的分離性能。

基于規模化所制膜試制的不同規格卷式膜組件(董嚴斌 攝)

然而，這些先進膜材料的制備面積遠不能滿足工業化部署所需的膜面積要求。制約其規模化連續制造的關鍵在于“非平衡加工誘導填料失穩”難題——即在實驗室溫和條件下穩定的填料分散體系，在工業快速涂布的非平衡動態加工過程中極易失穩，從而引發填料團聚及多尺度界面缺陷。

針對這一難題，團隊提出“預占位—后激活”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。

該技術圍繞核心痛點，從三個維度實現了原創性突破。

一是材料設計理念創新。傳統研究局限于實驗室條件下的靜態分散，該團隊首次提出面向膜規?；圃斓奶盍闲杓婢哽o態與動態穩定性，將設計邏輯從“靜態穩得住”升級為“動態穩得住”，打破傳統范式。

二是孔道保護策略開發。針對聚合物修飾易堵塞孔道，團隊創新性地采用“預占位—后激活”策略：先利用質子化胺基預占孔道，引導聚合物外表面接枝;再通過去質子化“后激活”，恢復胺基活性與孔道暢通，實現“先堵后疏”，既構建聚合物刷層，又保障二氧化碳高效傳輸。

三是雙重穩定機制構建。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，確保靜態穩定分散;自由伸展聚合物刷，通過密集氫鍵與聚合物基質形成界面互鎖結構，在溶劑快速蒸發時，自適應抵抗“聚集誘導力”，從根本上解決動態失穩難題。

在研究取得突破的基礎上，團隊還與企業合作，進一步開展了工業規?；募夹g驗證，打通了“從實驗室到工廠”的技術轉化路線。王志介紹，團隊在自主設計的工業級“卷對卷”刮涂生產線上，首次實現了幅寬達一米的“MOF基耐壓二氧化碳分離混合基質復合膜”的規?；B續穩定制造。

所制膜在天然氣脫碳及燃燒后碳捕集等工況下性能優異，經系統取樣與多批次驗證，展現出良好的可擴展性和均勻性。技術經濟評估顯示，在相同分離目標下，該膜較同類型膜能夠將所需膜面積降低一個數量級以上，有效降低固定投資成本，并大幅縮減設備的占地空間。

未來，該技術有望突破高能耗傳統工藝局限，在工業煙道氣、天然氣脫碳及合成氣凈化等領域發揮關鍵作用，為碳捕集、利用與封存產業鏈的降本增效提供強有力的技術支撐，加速推動膜法碳捕集技術從實驗室創新向實際工業應用的關鍵跨越，引領氣體分離膜行業向高效、低能耗方向邁進。