中科院过程所张锁江院士团队JACS：新型中空纤维膜，突破麻醉氙气回收难题

背景：氙气（Xe）作为一种性能优异的吸入式麻醉剂，因其高成本而严重受限，主要原因是麻醉回路中氙气的大量流失。回收氙气的关键挑战在于需从含氙气、二氧化碳、氧气等复杂组分的呼出气体中高效去除CO₂。传统吸附法和膜分离法在湿润环境下性能不佳。研究目的：为解决氙气回收难题，中国科学院过程工程研究所张锁江院士团队开发了一种梯度胺化中空纤维膜，旨在将呼出气体中的水蒸气从“性能破坏者”转变为“协同增强剂”，实现高选择性地去除CO₂并高效回收氙气。结论：通过氨等离子体处理构建了厚度小于10纳米的梯度胺化层，该膜在模拟麻醉呼出气体条件下实现了前所未有的混合气CO₂/氙气选择性（1105±13）和较高的CO₂渗透率（35.3 GPU），性能超越所有已报道的膜材料。DFT和MD模拟揭示了水分通过促进CO₂生成碳酸氢盐和抑制氙气扩散的协同促进机制。该膜组件单级CO₂去除率超过99%，并在长期运行中保持稳定，为氙气回收提供了切实可行的技术方案，并有望拓展至其他气体分离领域。