新型中空纤维膜技术突破，正电子助力高效二氧化碳捕获与沼气提纯

气体分离膜材料的革新之路

随着全球对可再生能源和碳中和目标的关注，沼气提纯（将沼气中的二氧化碳与甲烷分离）和工业废气中的二氧化碳捕获成为关键技术。传统聚合物膜材料（如聚酰亚胺）虽成本低廉，但存在“渗透率-选择性”难以兼顾的瓶颈——高选择性往往以低渗透率为代价，限制了实际应用效率。科学家们长期致力于开发新型材料，但如何将这些材料制成高性能薄膜并保持稳定性，仍是行业难题。

当“鱼与熊掌不可兼得”现有中空纤维膜在高压环境下易发生结构变形，导致性能衰减；而传统干燥工艺（如冷冻干燥）虽能保留膜孔结构，却会引入微小缺陷，降低选择性。如何在高压操作条件下同时提升膜的渗透率和选择性，成为技术突破的关键。

空气干燥与压力调控的巧妙结合 新加坡国立大学研究团队近期在《Chemical Engineering Journal》发表成果，提出了一种创新制备策略：通过“空气干燥法”结合高压调控，成功开发出高性能的Matrimid（聚酰亚胺）中空纤维膜。该膜在21巴压力下，二氧化碳渗透率高达333 GPU（气体渗透单位），同时对CO₂/N₂和CO₂/CH₄的选择性分别达到94.4和79.4，远超传统材料极限。 图片插入点：图1展示新型中空纤维膜截面结构，可见规则排列的指状孔道，支持高压下的均匀形变。

用“纳米尺子”窥探材料微观变化

研究团队利用正电子湮没寿命谱技术（PALS）揭示了压力对膜结构的动态影响。正电子可视为探测材料内部纳米孔洞的“超灵敏探针”——当正电子进入材料后，其湮没寿命与所处环境的电子密度相关。实验发现： · 压力作用下，膜内自由体积孔洞略微扩大（半径从3.03 Å增至3.20 Å），同时新生纳米孔洞使材料总体自由体积增加18%。 · 通俗解释：高压使膜内部形成更多“分子高速公路”，线性结构的CO₂分子可快速通过，而体积较大的N₂和CH₄则被选择性阻挡。

技术优势与应用前景

1. 性能飞跃：相比冷冻干燥样品（因缺陷导致无选择性），空气干燥膜在高压下性能持续提升，且经PDMS涂层后，CO₂渗透率可进一步突破1000 GPU。

 2. 工程化验证：团队成功制备含230根纤维的1英寸模块，在15巴压力下连续运行11天，性能稳定（CO₂/N₂选择性达80），证实技术可扩展性。 

 3. 应用场景：该膜可直接用于高压沼气管道提纯，减少能耗；在燃煤电厂碳捕获中，其高渗透率有望降低设备体积与成本。

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