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一张膜,再登Science!

纳米人  · 公众号  ·  · 2025-05-25 20:52

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。设计策略包括(i)将连接方式由酰胺键改为亚胺键,(ii)随后引入 三蝶烯烯和螺二芴等形状持久性单元。所制备的聚亚胺膜与传统的聚酰胺膜相比, 具有超高的微孔率、增强的抗溶胀性和抗塑化性 ,这些膜的特征是快速和选择性地传输烃类,包括多组分和工业相关的混合物,优于商业和现有技术基准膜。


技术方案:

1、提出了酸催化的界面聚合方法

作者采用酸催化的界面聚合方法,制备了聚亚胺TFC膜。引入亚胺、SBF和三蝶烯单元,显著提高了膜的自由体积分数和比表面积。

2、研究了聚合物在甲苯蒸气中的溶胀行为

作者发现聚亚胺膜在甲苯蒸气中展现出优异的抗溶胀性和抗塑化性,保持结构刚性和分子筛分能力。

3、证实了聚亚胺膜在液态烃混合物分离中的高性能

研究证实了聚亚胺TFC膜在烃溶剂中渗透率高,分离性能优异,超过商业膜。其对多组分混合物有出色的分子筛选能力,7天稳定性良好。在模型原油测试中,Trip-TFS能富集轻烃,分馏效果显著优于商业基准膜。


技术优势:

1、提出基于酸的分子工程方法,显著提升了分离膜的性能

作者将传统酰胺键替换为亚胺键。亚胺键因氧原子缺失,尺寸更小且极性更低,有助于制备微孔和疏水的TFC膜,显著提升膜的抗溶胀性和抗塑化性,这是制备高性能分离膜的关键突破。

2、引入了维持形状的结构单元,提高了膜的微孔率和分离性能

作者引入 三蝶烯和螺二芴(SBF)单元作为结构单元。这些刚性、定向的三维框架结构可有效减轻聚合物的溶胀和增塑现象,与亚胺键形成协同作用,大幅提高膜的微孔率和分离性能,使其在分离液态烃混合物时表现出优异的效率和选择性,优于现有技术基准膜。


技术细节

酸催化界面聚合

在制备聚亚胺TFC膜时,面临新单体(如TFB、TFS和Trip)在常规溶剂中溶解度低的问题。为解决此问题,作者采用酸催化的界面聚合方法,将胺和醛单体共溶于有机相中,反应在接触含酸催化剂的水相时开始。以聚丙烯腈(PAN)多孔膜为基体,制备了新型多孔PAN膜。所得聚亚胺纳米膜均匀覆盖基材表面,具有较高的自由体积分数(FFV)和比表面积,Trip-TFS的FFV最高(0.219),BET表面积达400 m²/g。分子模拟和实验结果表明,亚胺、SBF和







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