湖南大学/天津工业大学《自然·通讯》：新型MOF凝胶膜材料，实现氦气高效回收新突破

本文针对氦气回收中传统低温精馏能耗高、传统聚合物膜渗透性与选择性存在权衡以及混合基质膜中界面相容性差导致非选择性泄漏通道等难题，由湖南大学和天津工业大学的研究团队合作开发了一种新型混合基质膜平台。该平台将连续三维纳米多孔的ZIF-67-NH₂凝胶嵌入聚酰亚胺基体中，凝胶通过共价酰胺键和氢键与聚合物形成强相互作用，消除界面空隙，并利用其固有纳米孔道构建选择性传输通道。研究目的旨在同时实现高渗透性和精确分子筛分。结果表明，所得膜材料在氦/甲烷分离中表现出549 Barrer的氦气渗透性和110.3的选择性，超越了现有基准膜材料。技术经济分析显示，该膜作为预分离单元集成到膜-低温混合系统中，可将氦气提纯至电子级，单位能耗降低约73%，资本支出减少50%，年净利润提高约24%。该策略突破了界面相容性难题，为氦气高效回收及其他关键气体分离提供了可规模化、节能的工程解决方案。