气体分离，化学工业的心脏。

从炼油到化工，分离过程无处不在。但工业界长期依赖的低温蒸馏技术，是一个不折不扣的“能耗巨兽”——占全球能源消耗的10%以上。

膜分离技术被视为变革性的节能替代方案。然而，在丙烯/丙烷分离等关键领域，膜技术的应用一直卡在“两难”境地：聚合物膜好加工但性能差；纯MOF膜性能优异却极难规模化制备。

香港科技大学（广州）周胜教授、华南理工大学韩宇教授、清华大学王海辉教授、阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi教授等团队联手，提出了一种全新概念——准纯MOF膜。

他们通过将MOF晶体二维化为取向纳米片，并用分子锚策略将聚合物链动态固定在MOF表面，构筑出MOF体积分数超过92% 的准纯膜。成果于2026年7月15日发表于《自然》。

具有(110)取向的ZIF-67准纯膜，在丙烯/丙烷分离中实现了约160 Barrer的丙烯渗透率和约100的混合气选择性，可一步生产聚合级丙烯（≥99.5 wt%），纯化成本较蒸馏法降低80%。

把MOF晶体“摊成饼”，再用“分子胶水”粘起来

MOF材料通常结晶为多面体形态，不利于堆叠成致密膜。团队的第一步是把它们扁平化为纳米片：

• ZIF-67：引入SDS或SDBS作为调节剂，分别制备出(100)取向和(110)取向的纳米片
• CALF-20：获得(100)取向纳米片
• CuBDC：获得(-201)取向纳米片

低剂量高分辨电子显微技术直接揭示了ZIF-67纳米片中交替排列的四元环和六元环结构，证实了其高度有序的孔道。

Figure 1（MOF固体的扁平化设计）

但把纳米片直接浇铸，得到的膜脆而易裂，且存在严重团聚。团队祭出了关键一招——分子锚策略。

通过高通量筛选，选出三种能同时牢固结合MOF和聚合物的分子（MA-1, MA-2, MA-3），将聚合物链动态“锚定”在纳米片表面，形成合并相。这解决了两个核心问题：

• 高固含量下流变可控：溶液呈现理想的剪切变稀行为，可溶液加工
• 高度有序无缺陷：MOF体积分数高达92%，性能接近纯MOF膜本征水平

Figure 2（准纯MOF膜的组装）

性能：丙烯/丙烷分离选择性100

(110)取向的ZIF-7膜在丙烯/丙烷混合气分离中选择性约100，渗透率约160 Barrer，与传统聚合物膜和混合基质膜拉开了数量级差距。

CALF-20膜在CO₂/CH₄分离中表现优异；CuBDC膜则在H₂/CH₄分离中展现出高选择性。

机制上，致密的MOF-聚合物界面形成了高度扭曲、互连性差的界面孔网络，对丙烯和丙烷产生差异性传输限制，是实现高选择性的关键。同时，由于聚合物含量极低，膜在高压进料下表现出优异的抗塑化能力和杰出的机械柔韧性。

Figure 3（气体分离性能）

卷对卷：20米膜卷，性能均匀如一

准纯MOF膜的溶液加工性使其与现有工业生产线完美兼容。

研究团队在工业制造工厂通过卷对卷工艺连续制造了长20米、宽20厘米的(110)取向ZIF-67膜卷。对膜卷上20个不同位置的性能测试显示出卓越的均匀性，均表现出约100的选择性和约160 Barrer的丙烯渗透率。

在模拟的单级膜分离过程中，该膜可从70/30的丙烯/丙烷进料中直接生产聚合级丙烯（≥99.5 wt%）。技术经济分析表明，与蒸馏法相比，该膜技术可降低80%的纯化成本。

Figure 4（卷对卷制造与实际评估）

研究意义

第一，MOF膜从“实验室珍品”变成了“工业级产品”。

纯MOF膜性能虽好，但规模化制备一直是死结。准纯MOF膜用92%的MOF含量+溶液加工性，同时解决了性能和规模化两个问题。

第二，为MOF材料的工业应用开辟了现实路径。

ZIF-67、CALF-20、CuBDC三种不同结构的MOF都验证成功，证明这套“扁平化+分子锚”策略具有普适性。随着MOF粉末商业化供应的增长，这种准纯构型为解锁MOF基膜在苛刻工业分离中的广泛应用开辟了道路。

第三，让“膜法分离”真正具备了经济竞争力。

蒸馏法统治烯烃/烷烃分离已近百年。80%的成本降幅意味着膜技术从“实验室替代方案”变成了“工业最优解”。

论文信息：Scalable quasi-pure MOF membranes for energy-efficient gas separations，Nature，2026，DOI: 10.1038/s41586-026-10655-9

总结：

MOF晶体扁平化为取向纳米片→分子锚策略构筑准纯膜→MOF体积分数>92%→丙烯/丙烷选择性约100、渗透率约160 Barrer→20米卷对卷连续制造→生产成本较蒸馏法降低80%。