固有孔高分子基雜化膜制備與氣體傳遞機(jī)制強(qiáng)化.pdf

1、高性能膜材料的開發(fā)是氣體膜分離技術(shù)的核心，本文面向碳捕集在能源環(huán)境方面的重大需求，以 CO2分離過程強(qiáng)化為目標(biāo)，設(shè)計(jì)制備了多種基于固有孔高分子PIM-1的氣體分離雜化膜。通過幾何形貌、功能基團(tuán)和孔道結(jié)構(gòu)各異的填充劑的引入調(diào)控了膜的氣體分子親和性、自由體積特性和界面形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了溶解-擴(kuò)散-反應(yīng)機(jī)制的單一或協(xié)同強(qiáng)化。所制備的雜化膜氣體分離性能顯著提升。
　　以強(qiáng)化溶解機(jī)制為目標(biāo)，通過摻雜對(duì) CO2具有親和性的聚乙二醇修飾硅基籠狀材料P

2、EG-POSS，制備了PIM-1/PEG-POSS雜化膜?；赑EG-POSS與CO2間的偶極-四極矩相互作用，CO2在膜內(nèi)的溶解系數(shù)及 CO2選擇性顯著提升。PIM-1/PEG-POSS(10)相比PIM-1純膜的CO2/CH4選擇性由12提升至30，CO2/N2選擇性由19提升至31，同時(shí)CO2滲透系數(shù)高于1300 barrer，性能突破了2008年的Robeson上界。
　　以強(qiáng)化擴(kuò)散機(jī)制為目標(biāo)，通過摻雜二維石墨相氮化碳，制

3、備了PIM-1/g-C3N4雜化膜。g-C3N4納米片有效干擾了 PIM-1的分子鏈排布，在較低填充量下實(shí)現(xiàn)了氣體滲透系數(shù)的提升，CO2滲透系數(shù)最高達(dá)10528 barrer，H2滲透系數(shù)最高達(dá)6344 barrer。g-C3N4納米片的超微孔結(jié)構(gòu)具有尺寸篩分作用，雜化膜 H2分離選擇性提升同時(shí)仍保持較高的H2滲透性，突破了2008年的Robeson上界。g-C3N4納米片的填充可一定程度改善固有孔高分子的抗老化性能。
　　通過摻

4、雜具有 CO2識(shí)別性的共價(jià)有機(jī)框架材料 SNW-1，制備了PIM-1/SNW-1雜化膜。SNW-1含堿性促進(jìn)傳遞基團(tuán)，孔道尺寸適宜，可通過酸堿相互作用識(shí)別CO2，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散機(jī)制和反應(yīng)機(jī)制的協(xié)同強(qiáng)化。PIM-1/SNW-1(10)的CO2/CH4及 CO2/N2選擇性分別為13.5和22.7，較PIM-1分別提升27.4％和37.6%。PIM-1/SNW-1(15)的CO2滲透系數(shù)達(dá)7954 barrer，較PIM-1提升116%。膜的CO