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金万勤教授团队界面修饰层构筑高性能超薄有机复合膜
《X-MOL资讯》微信公众号 / 时间:2019-08-01 15:08:31

  据X-MOL资讯微信公众平台2019年7月29日讯 近年来,“温室效应”这个词常被人提起,主要是由于工业活动排放了过量二氧化碳导致,进而引发了一系列严重的环境问题如全球气候异常和海平面上升。二氧化碳捕集技术为了将过量排放的二氧化碳变废为宝应运而生。其中,膜分离技术是一种有望实现CO2高效分离的新型低碳技术,具有能效高、易操作、成本低和环境友好等优势。然而,目前商业膜的性能仍不足以满足工业应用的要求,尤其是针对二氧化碳的渗透性需求。因此,由超薄有机选择层、高渗透性中间层(gutter layer)和多孔支撑体组成的复合薄膜由于其实现高渗透性的良好潜力引起了众多研究学者的关注。传统的gutter layer在超薄复合膜应用中仍存在一些关键问题:1) 传统gutter layer依然无法避免产生显著的传质阻力;2) 有限的gutter layer材料无法确保与各种选择层材料均有良好的相适性。
  最近南京工业大学金万勤教授课题组提出一种简单、通用的高性能超薄有机复合膜制备策略。利用纳米纤维构筑多孔界面修饰层,实现选择层超薄化,在选择层内引入分子级杂化材料,强化CO2分子选择性吸附,获得面向碳捕集应用的高性能超薄有机复合膜。


金万勤教授团队界面修饰层构筑高性能超薄有机复合膜


  本文编辑通过在PAN支撑体上抽滤氢氧化铜纳米纤维,制备界面修饰层,进一步利用旋涂的方法在界面修饰层上涂覆PDMS溶液,制备PDMS/CHNs/PAN超薄复合膜。对所制备的界面修饰层和超薄复合膜进行一系列的形貌表征,表明所制备的复合膜总膜厚大约为313nm, 而分离选择层仅有104 nm。在基于纳米纤维层构筑超薄分离层实现高气体渗透率的基础上,大家引入一种分子级杂化材料(PEO-Si),杂化材料中的EO单元有助于增强膜层对二氧化碳的选择性吸附,无机硅氧烷结构通过缩聚反应和共价交联形成大尺寸分子结构与PDMS分子链形成物理缠结,保证良好的相容性和稳定的膜结构。考察了纳米纤维沉积量和PDMS:PEO-Si共混比例对复合膜气体分离性能的影响,在渗透性几乎不变的情况下,CO2/N2选择性从13.1提高至28.2,在加湿混合气测试中,CO2渗透率为2799 GPU,CO2/N2 分离因子为29.8,相比于目前的文献报道,具有更为优异的性能。同时该膜在长达120 h的稳定性测试中依然保持良好的分离性能。
  这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上(High‐Performance CO2 Capture through Polymer‐Based Ultrathin Membranes;Yufan Ji, Mengchen Zhang, Kecheng Guan, Jing Zhao, Gongping Liu, Wanqin Jin;Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201900735),文章的第一编辑是南京工业大学博士研究生季雨凡。

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