磁性调控Zr-MOF/Mn–Fe氧化物纳米杂化材料在混合基质膜中的定向嵌入增强CO2/N2、CO2/CH4及O2/N2分离性能

本综述系统阐述了通过磁场调控技术将胺功能化UiO-66-NH2与Mn–Fe磁性纳米粒子复合嵌入Pebax?1657基质中构建混合基质膜（MMMs），显著提升CO2/N2、CO2/CH4和O2/N2分离性能，突破传统膜材料选择性与渗透性之间的权衡瓶颈，为碳中和目标提供创新技术路径。

　　

Highlight

磁性调控嵌入策略通过外部磁场引导胺功能化UiO-66-NH₂/Mn–Fe氧化物纳米杂化材料（MNPs）在Pebax?1657基质中形成有序链状排列，显著增强膜均一性与气体传输路径优化。

材料特性表征

通过ATR-FTIR、XRD、XPS等技术证实UiO-66-NH₂成功功能化：FTIR中1570 cm^?1处羧酸盐振动峰及3375 cm^?1氨基振动峰表明Zr⁴⁺与配体配位；XRD显示典型UiO-66晶体结构；XPS验证Zr 3d、Mn 2p及Fe 2p特征峰，证实MnFeO₃磁性相形成。

膜形态与结构分析

SEM显示磁场诱导MNPs形成定向排列的微结构，而非随机分散；XRD证实磁场作用下衍射面出现择优取向；表面粗糙度降低表明膜均一性提升。TGA显示MNPs添加使热分解温度提高至400°C，BET比表面积达580 m²/g，微孔结构优化。

气体分离性能

CO₂渗透性从71.5 Barrer（纯膜）提升至245 Barrer（20 wt% MNPs），CO₂/N₂选择性由43.6升至73.3，CO₂/CH₄选择性由18.2增至21.0。O₂/N₂分离中，O₂渗透性从3.30 Barrer跃至26.8 Barrer，选择性由2.0优化至6.4，突破Robeson上限（2008）。

结论

磁性定向嵌入技术有效解决MOF聚集问题，通过构建有序气体传输通道同步提升渗透性与选择性，为高性能MMMs在碳捕集、沼气提纯及氧氮分离领域的应用提供新范式。