New spray-coating method makes gas-separation membranes fast and cheap to produce
Researchers have cracked a major manufacturing problem: making thin membranes from covalent organic frameworks in under 30 minutes using an air-spray technique. The breakthrough could unlock industrial applications in hydrogen purification and carbon capture, industries currently hampered by slow, expensive membrane production.
Originaltitel: Scalable spray-coating of covalent organic framework membranes
Spray-coating möjliggör för första gången storskalig framställning av kemiskt organiska ramverk (COF) som membran för gasseparation. Central South University och Stockholm University har utvecklat en sprayteknik där atomiserade droppar skapar begränsade mikromiljöer som accelererar molekylär ordning och polykondensation inom 30 minuter. Oligo(etylenglykol)-sidokedjor undertrycker diffusion och förbättrar kristallisation. Det resulterande COF-OEG-4-membranet uppnår höga prestanda för väte-separering. Metodens snabbhet och enkelhet adresserar tidigare begränsningar med COF-löslighet och porsamstämmning. För leverantörer och produktutvecklare innebär detta en väg från laboratorium till tillämpning inom gasutskilning, där medlembrane är kritiska komponenter i vätekraftsystem och raffinerier. Tidshorisont till kommersialisering beror på processvalidering och skalbarhet för industriell tillverkning.
The scale-up and practical implementation of covalent organic frameworks (COFs) in gas separation remains constrained by intrinsic limitations, including insolubility, infusibility and mismatched pore sizes (>0.8 nm). Drawing inspiration from air-spray principles, herein we develop a facile bottom-up spray-coating strategy for the fabrication of lasagna-like COF membranes for the first time. Theoretical calculations and detailed experiments revealed the core role of spray-coating-induced microdroplet confined assembly, wherein atomized droplets generate spatially confined environments that accelerate molecular ordering and polycondensation. Within these microdroplet-confined spaces, oligo(ethylene glycol) (OEG) side-chains suppress molecular diffusion to enhance crystallization. Such synergy enables dynamic spray cycles to drive COF growth into continuous membranes within 30 minutes. The resulting COF-OEG-4 membrane exhibits outstanding gas separation performance, with an ultrahigh H