BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能

以BPDA-ODA型聚酰亚胺为前躯体,沸石为掺杂剂,通过成膜和炭化等过程制备了杂化炭膜.分别采用热失重、X射线衍射、扫描电子显微镜及渗透技术研究了前躯体热稳定性,炭膜微观结构、形貌及气体分离性能.考察了ZSM-5与5A两种沸石含量、炭化温度、渗透温度及渗透压力等因素对炭膜气体分离性能的影响.结果表明:H₂、CO₂、O₂和N₂ 4种气体主要以分子筛分机理渗透通过炭膜,实现选择性分离.在650℃炭化温度下得到杂化炭膜随沸石含量提高,气体渗透性与选择性均略降低;5A杂化炭膜的渗透性与选择性都显著高于ZSM—5杂化炭膜;随渗透压力提高,杂化炭膜的气体渗透性与选择性升高.当炭化温度从650℃升高到750℃时,杂化炭膜的渗透性降低.     

退火预处理对中空纤维炭膜结构和性能的影响

炭膜具有优异的热稳定性、化学稳定性和气体分离性能.以聚酰亚胺中空纤维膜为前驱体，经过T_g附近退火预处理(250、300和350℃),进而高温炭化制备高性能中空纤维炭膜，研究了预处理条件对炭膜结构和气体分离性能的影响.结果表明，当退火预处理温度升高时，中空纤维炭膜的结构更加致密，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性提高，气体通量下降.尤其是当退火预处理温度为350℃时，与未经预处理的中空纤维炭膜相比，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性分别提高了98%和195%.同时，研究了渗透温度和压力对气体分离性能的影响，采用HIM(氦离子电镜)、FTIR和XRD对中空纤维炭膜的结构进行了表征.     

共聚聚酰亚胺热重排改性薄膜的制备及气体分离性能

采用二胺2,2-二(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(APAF)经硅烷化后与4,4-二氨基二苯醚分别以7∶3,5∶5,3∶7摩尔比和二酐4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐进行共聚，通过化学亚胺化后得到溶解性好、相对分子质量高、成膜性好的3组共聚聚酰亚胺膜，经过350℃～400℃热处理后，得到不同的热重排改性膜，采用FTIR光谱等手段进行表征.结果表明，所合成的硅烷化聚酰亚胺随着共聚的APAF含量的增加对CO₂/CH₄的选择性得到提升；而随着热处理温度的升高，其CO₂的渗透系数增加，CO₂/CH₄的气体选择性提高.噁唑环的转化使得聚合物分子链刚性增强，从而达到改善膜的气体分离性能.400℃热处理下得到的热重排(7∶3)膜相较于前驱体膜，CO₂的渗透系数从32.82 Barrer提升到275.62 Barrer,提高了8.4倍，热重排后的膜对CO₂/CH₄的气体分离性能超过2008年Robeson上限.     

磺化自聚微孔聚酰亚胺的制备及磺化度对其气体分离性能的影响

研究了-SO₃H基团的引入和不同磺化度对微孔聚酰亚胺气体分离膜的影响.区别于后磺化法，采用一步法使磺化单体2, 4, 6-三甲基二氨基苯磺酸(TrMSA)和非磺化单体2, 4, 6-三甲基-间苯二胺(DAM)与六氟二酐(6FDA)直接缩聚得到磺化聚酰亚胺(SPI),通过控制TrMSA和DAM的比例得到磺化度分别为25%,50%,75%与100%的聚合物.使用FTIR、XRD、TGA、BET和气体渗透仪等手段研究不同磺化聚酰亚胺薄膜的化学结构、链段堆积结构、热性能、比表面和气体分离性能.结果显示，引入的-SO₃H通过增强链间相互作用力，使得聚合物比表面积减小，以及链间距逐渐降低为0.57、0.52、0.47和0.42 nm,所有气体的渗透性均随磺化度的升高而下降，然而CO₂/CH₄选择性在扩散系数的主导下则逐渐上升.当磺化度为75%时，磺化聚酰亚胺CO₂的透过率达到107 Barrer, CO₂/CH₄选择性为47.8,在压力高达2 M...     

碳纳米管在二氧化碳分离膜中的研究进展

二氧化碳(CO₂)排放问题深受关注，相比于其他处理方式，气体分离膜具有高效节能、环境友好等特点，但传统的聚合物膜问题显著。碳纳米管材料自身性能优异，但易团聚，对CO₂气体本身并不具有很好的亲和性。通对碳纳米管进行表面及结构改性后将其添加到聚合物中或单独制备成膜，既可以很好协调纯聚合物膜渗透性与选择性之间的矛盾，又表现出优异的各项性能。介绍了碳纳米管材料改性方法及其在CO₂气体分离膜中的研究进展，并对相关问题及机理进行了分析。     

高氢渗透分离性的沸石杂化支撑炭膜的制备

以ZSM-5沸石掺杂改性的1, 4-双(4-氨基-2-三氟甲基-苯氧基)苯-1, 2, 3, 4-环丁烷四甲酸二酐型聚酰亚胺为前驱体, 通过旋涂成膜和热解过程制备了平板状支撑炭膜。采用热失重、红外光谱、X射线衍射、扫描电镜及气体渗透技术分别研究了前驱体热稳定性、膜表面官能团、微结构, 微观形貌及分离性能。考察了ZSM-5掺杂量及热解温度对炭膜结构和气体分离性的影响。结果表明: 经ZSM-5改性后前驱体热稳定性与残炭量降低, 炭膜微观结构变致密; 加入沸石显著提高了炭膜的渗透性, 且随ZSM-5掺杂量增加, 气体渗透性先减小后增大; 随着热解温度升高, 炭膜的渗透性与选择性皆减小。经650℃热解制得杂化炭膜对H₂/N₂体系的分离性能均远超过Robeson上界限。     

聚酰亚胺基CO_2分离膜的研究进展

聚酰亚胺膜在气体分离中表现出优良的特性,然而渗透性和选择性之间的相互制约影响了其工业应用。以分离捕集烟道气中CO2为背景,综述了近年来改善聚酰亚胺膜对CO2/N2体系分离性能的研究现状。重点介绍了分子水平设计和杂化改性聚酰亚胺的最新研究进展,展望了聚酰亚胺杂化的关键科学问题。     

PMDA-ODA型聚酰亚胺炭/碳纳米管杂化膜的制备及气体分离性能研究

针对现有气体分离炭膜存在的渗透速率低等问题, 提出并设计在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管, 经高温热解后制备炭/碳纳米管杂化膜. 分别采用透射电镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)和气体渗透实验对炭/碳纳米管杂化膜的微观结构和分离性能进行表征. 实验结果表明, 在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管后, 碳纳米管与炭基体之间形成明显的“界面间隙”, 打破了原有炭膜中由乱层炭构成的无序微孔结构, 重新构建了杂化炭膜的孔隙结构. 与纯炭膜相比, 杂化炭膜的气体渗透速率大幅增加, 其中O₂的渗透速率增大接近4倍(达到1576 Barrer), 而O₂/N₂的分离选择性仅降低17%.     

二维材料构筑的CO2分离膜研究进展

二维材料由于其独特的纳米片结构，已广泛应用于设计高气体渗透通量和选择性的分离膜中.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中构筑的纳米及纳米尺度孔道为分子输运提供了特殊的通道，它们是高渗透性和高选择性分子筛分的根本原因.本文综述了近年来二维材料基CO₂分离膜的研究进展，包括材料种类、分离膜的制备方法、分离性能及分离机制，并对二维材料基CO₂分离膜的应用前景进行了总结与展望.     

电纺纳米纤维诱导LDH生长促进CO2分离

先进的功能膜材料是实现高效膜分离的关键，要求兼顾选择性和渗透通量.层状双金属氢氧化物(LDH)表面存在丰富的-OH基团，对CO₂具有较高吸附选择性.利用晶种外延生长策略(SES),通过溶剂热合成在电纺纤维载体上诱导生长LDH,并用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)在纤维间隙间原位光聚合得到致密的PEO/HPAN-LDH MMM,用于CO₂的高效分离.研究结果表明，沿纤维连续的低结晶LDH具有丰富的亲CO₂基团，提供连续亲和CO₂的传递通路.通过增加LDH生长次数，提高LDH的担载量.性能最佳的PEO/HPAN-LDH-2 MMM的CO₂渗透性能为132.1 Barrer, CO₂/N₂选择性高达99.4,相较于PEO/HPAN MMM,CO₂渗透性能提升46.8%,CO₂/N₂选择性提升25.8%.     

管状复合炭膜的制备及其气体渗透性能

以中空纤维陶瓷膜为载体，聚芳醚酮为聚合物前驱体，采用浸涂-相转化结合的方法制备复合炭膜，探讨了制膜工艺对复合炭膜结构及性能的影响.结果发现，铸膜液浓度和提拉速率对膜的完整性影响较大，在15%质量分数铸膜液和2 cm/min提拉速率的条件下，可制备出表面膜层完整均一且兼具较高气体渗透通量的复合炭膜；通过控制制备前驱体膜过程中蒸发温度和蒸发时间，复合炭膜分离层缺陷大幅减少，气体分离选择性得到了显著提升.以15%铸膜液和2 cm/min提拉速率，在60℃蒸发温度及10 s蒸发时间的制膜工艺条件下制备出的复合炭膜，其O₂/N₂、CO₂/N₂和CO₂/CH₄选择性分别为5.62、26.27、25.10,O₂、CO₂渗透通量分别可达252、1 177 GPU.     

聚酰亚胺/离子液体共混膜的制备及其CO2/N2分离性能研究

咪唑类离子液体(IL_s)对CO₂具有良好的亲和性和溶解性。离子液体与聚酰亚胺膜材料相结合，可以解决目前CO₂难以分离和回收的问题。选用3种烷基链长度不同的离子液体与聚酰胺酸进行共混，通过高速搅拌器制备出一系列聚酰亚胺/离子液体共混膜，IL_n含量为5%、10%、15%、20%。采用薄膜拉伸强度测试仪和气体透过仪对膜进行了测试。结果表明：离子液体共混的聚酰亚胺薄膜的力学性能相对于纯膜来说均有所提高。当离子液体为IL₂,共混含量为20%时，膜对CO₂的渗透性能最好，为1.5033Barrer,是纯膜的3倍；当离子液体为IL₂,共混含量为15%时，膜对CO₂/CH₄的分离性能最好，为21.7859,约为纯膜的7倍。     

本征型聚酰亚胺膜气体分离性能的研究进展

包装内环境气氛对产品的性能具有重要的影响。选择合适的包装材料,控制包装内环境气氛的成分与含量,可有效延长产品的储存时间与使用寿命。为了实现良好的包装内环境气氛控制效果,包装材料需具备合适的气体分离性能。聚酰亚胺因其优异的气体分离性能、热稳定性和结构可设计性等特点受到关注,但气体渗透-选择性的平衡问题限制了其广泛应用。梳理了聚酰亚胺气体分离膜性能的研究进展,重点阐述了如何通过分子结构设计实现聚酰亚胺致密膜与微孔膜的性能调控,并对聚酰亚胺基气体分离膜材料的发展进行了展望。     

类石墨烯碳氮分离膜氢气提纯特性的机理研究

氢气作为一种可再生、高效的清洁能源,在工业生产中必须保证纯度。膜分离技术是一种有效的手段。本工作采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了一种新型的类石墨烯碳氮(C₉N₄)分离膜对于H₂的分离提纯性能。密度泛函理论计算结果显示气体在C₉N₄分离膜上的吸附属于物理吸附。C₉N₄分离膜表现出极高的H₂渗透率和优异的选择性,300 K下H₂渗透率达到1.89×10^-5 mol·m^–2·s^-1·Pa^-1,H₂/CH₄的选择性达到10²⁴。分子动力学模拟的结果也显示C₉N₄分离膜具有良好的H₂分离特性。     

基于一步法制备超高PEO负载的亲CO2气体分离膜用于高效碳捕集(英文)

针对日益增加的大气CO₂含量,膜技术被认为是一种有前景的碳捕集策略,其中亲CO₂分离膜已经展示出显著的应用潜力,特别是在CO₂/轻质气体分离方面。以聚环氧乙烷(PEO)为代表的CO₂亲和材料,因其与CO₂的特殊偶极-四极矩相互作用而吸引了广泛的研究关注。在此,我们报道了一种简便的一步合成方案,通过原位聚合高度柔性的小分子PEO来克服其高结晶度和低机械强度的局限性。得益于短链PEO与聚合物基体之间的复杂链缠绕,使线性PEO的负载高达90%(质量分数)。因此,分离性能轻松超过了著名的分离上限。此外,高结构稳定性使得分离膜在高进料压力(高达20 bar)下表现出更好的CO₂渗透系数和气体选择性。本研究同时改善了全聚合物膜的机械性能和气体分离性能,在工业碳捕集和气体净化领域展现出显著潜力。     

聚酰亚胺膜的功能化及成膜过程中影响因素分析

膜分离技术以其高效节能的优势,己广泛应用于生产生活的各个领域,是解决目前能源危机和环境恶化问题的有效手段。理想的膜材料要同时具有较高的渗透性和较强的分离选择性,大量研究表明聚酰亚胺膜的综合性能突出,是制备气体分离膜的首选材料,但是由于其结构中含有极性较强的酰亚胺基团,分子链中含有苯环或芳杂环,不利于分离膜的制备和小分子物质的通过导致膜的渗透通量不高,因此需要对聚酰亚胺膜进行功能化改性来满足工业化应用的要求。介绍了聚酰亚胺膜功能化的主要手段,探讨聚酰亚胺膜成膜过程中的影响因素,展望未来聚酰亚胺膜的研究方向,为合成性能优异的聚酰亚胺膜提供理论基础。     

改性石墨烯材料掺杂聚酰亚胺制备混合基质膜分离CO2/N2

海洋石油生产平台日常产生大量CO_2温室气体,对其进行分离捕集并回注地层,可有效改善原油流动性,提高原油产收率,产生可观的经济效益及环保社会效益.聚酰亚胺(PI)是目前最具有应用价值的气体分离膜材料,因受Robeson上限的限制,很难同时满足高渗透系数和高选择性的要求.使用氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)对聚酰亚胺进行掺杂制备混合基质膜,进行了CO_2/N_2气体分离的实验研究.结果表明,制备的氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-GO)和还原氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-rGO)相比于纯聚酰亚胺膜,分离性能明显提升;对比混合气干湿态气体渗透性能,混合气湿态时PI-rGO膜的渗透系数和分离因子分别上升了13.52%和24.34%.     

用于C3H6/C3H8分离的ZIF-8混合基质炭膜

以ZIF-8为掺杂剂，通过对混合基质聚合物膜高温炭化制备了混合基质炭膜.通过XRD、SEM、N₂吸附等表征方法探究了ZIF-8高温热解前后微观形貌和孔结构特征对炭膜微孔结构和炭结构的影响，并考察了ZIF-8掺杂量与炭化温度对混合基质炭膜C₃H₆/C₃H₈渗透分离性能的影响.结果表明，ZIF-8经550℃热处理后仍能够部分保持其微观形貌和孔结构，同时ZIF-8热解衍生多孔炭的引入增加了炭膜具有筛分功能的极微孔含量，因而显著提高了混合基质炭膜对C₃H₆/C₃H₈的分离选择性.在ZIF-8掺杂质量分数1%和炭化温度550℃下，所制备ZIF-8混合基质炭膜的C₃H₆渗透系数高达174 Barrer, C₃H₆/C₃H₈分离选择性为14.4,与未掺杂的纯炭膜相比(C     

介孔碳/聚酰亚胺杂化膜原位聚合法制备及其气体分离性能

通过原位聚合法分别将无序介孔碳（DOMC）、有序介孔碳（OMC）掺杂到聚酰亚胺（PI）中制备DOMC/PI、OMC/PI杂化膜。利用FTIR、TEM、SEM和XRD等分析表征两种介孔碳材料的结构及其掺杂对杂化膜形貌和结构的影响,结合CO₂和N₂的渗透实验考评杂化膜的气体渗透性能。DOMC、OMC均具有孔隙结构,且与CO₂分子之间存在相互作用,通过掺杂DOMC、OMC既能提高杂化膜的自由体积,又可促进杂化膜对CO₂的优先选择吸附。表现为掺杂DOMC、OMC可有效改善PI膜的CO₂、N₂渗透性能和CO₂/N₂渗透选择性。随掺杂量的增加,杂化膜的CO₂、N₂渗透性能和CO₂/N₂渗透选择性均先增大后减小。另外,相较于OMC,DOMC具有更多孔隙结构和更大的比表面积,使DOMC/PI杂化膜的CO₂、N₂渗透性能优于OMC/PI杂化膜,但两种杂化膜的CO₂/N₂渗透选择性相近。     

[bmim][Tf2N]@UiO-66-NH2/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

为了改善混合基质膜中分散相与连续相间的兼容性,设计了一种新型的离子液体负载金属有机骨架(IL@UiO-66-NH_2)纳米材料作为填料,通过涂覆法制备聚酰亚胺基(6FDA-ODA)混合基质膜,并研究IL@UiO-66-NH_2含量及进料压力对气体分离性能的影响.利用SEM、XRD和FTIR对IL@UiO-66-NH_2纳米颗粒和混合基质膜进行表征.结果表明,IL@UiO-66-NH_2纳米颗粒均匀分散于聚酰亚胺基质中并且没有出现非选择性孔腔.利用混合基质膜构建CO_2/CH_4分离系统,当混合基质膜中IL@UiO-66-NH_2负载量为质量分数15%时,CO_2的渗透性为26.32 Barrer,CO_2/CH_4的分离因子为53.91,比纯聚酰亚胺膜分别提高了46.55%和26.23%.