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由于迫切需要减少温室气体排放和应对气候变化，的 CO2 分离越来越受到关注。尽管分子筛长期以来一直是令人感兴趣的膜材料，但将其转化为具有挑战性。
韩国科学技术院Tae-Hyun Bae团队介绍了一种制作聚合物分子筛膜的创新方法，以实现出色的二氧化碳分离性能，同时保持机械稳定性。首先，由一种精心设计的可溶液加工、可超交联和功能化的聚合物制成具有高透气性和机械稳定性的聚合物分子筛膜；然后，通过引入各种基于胺的载体来微调对二氧化碳的选择性。在多种胺类中，聚乙烯亚胺通过在保留超微孔的前提下使较大的孔区域功能化而脱颖而出，从而提高了CO2/N2的分离性能。优化后的膜表现出卓越的CO2/N2分离性能，优于其他已报道的聚合物分子筛膜，甚至可以与迄今为止报道的大多数碳分子筛膜相竞争。
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图 1 膜结构演变和质量传输途径的示意图。
图 2 分析超交联过程中 BPPO 膜中的化学结构转变。展示了溴化前后1H NMR谱图的变化，超交联前后13C NMR谱图的变化，X 射线光电子能谱C 1s超交联前后的变化，新出现的宽峰（橙色）可能来自 FDA。
图 3 HCB 系列的孔隙表征。展示了HK 方法测定的HCB系列的总体孔径分布，由非局部密度泛函理论模型计算的HCB系列的微孔径分布和累积孔体积，以及功能化后 HCB 膜的孔体积变化。
图4 聚合物分子筛膜的物理性质。展示了超交联前、后和功能化后的膜外观和柔韧性测试图像；原始聚合物膜、超交联HCB膜以及由EDA、mmen、DETA、PEI功能化后的HCB膜的SEM图像；比较了原始聚合物膜与HCB系列的机械强度；最后展示了团队所研发的膜的机械耐久性，以至于能够以独立形式进行渗透测试。
图5 本报告中膜的气体分离性能和特性。展示了通过连续的后处理步骤实现分离性能的演变；扩散选择性和溶解度选择性对BPPO、HCB和HCB-胺膜的影响；比较了化学驱动分子筛与已报道的聚合物分子筛膜的分离性能。
文献详情
题目: Mechanically stable polymer molecular sieve membranes with switchable functionality designed for high CO2 separation performance
作者: Hongju Lee and Tae-Hyun Bae*
引用: Sci. Adv. 2024, 10, eadl2787.
DOI: 10.1126/sciadv.adl2787
作者简介
湖南大学何清课题组
研究方向｜超分子化学
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