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10
2026
-
02
JMS:具有双功能补偿的交联微孔膜实现高效长效二氧化碳分离
作者：
本文摘要
固有微孔聚合物（PIM）膜难以在高浓度二氧化碳进料的苛刻条件下同时保持高透气性和优异的机械稳定性，这一问题至今尚未得到解决。本研究提出一种新型的双功能补偿交联策略，在制备微孔膜的过程中实现自由体积保留与二氧化碳溶解性能增强的双重效果。将氨基功能化的沸石咪唑酯骨架材料 - 8（ZIF-8-NH₂）纳米颗粒分散在溴甲基化固有微孔聚合物（PIM-BM）中，随后通过霍夫曼烷基化反应进行热交联。由此，掺入的 ZIF-8-NH₂可同时充当共价交联节点与*久性亲二氧化碳孔道（孔径 0.34 nm）：交联节点能够限制聚合物链的运动，抑制膜的物理老化与塑化现象；亲二氧化碳孔道则可补偿交联网络形成过程中造成的自由体积损失。在等摩尔混合气体测试中，优化后的 c-PIM/ZIF-9 wt% 膜表现出优异的性能，二氧化碳渗透率达 6803.53 Barrer，二氧化碳 / 氮气分离选择性为 29。同时，该膜还展现出**的抗物理老化和抗塑化能力。本研究提出的新型策略为开发高性能微孔膜用于碳捕集提供了*具前景的新途径。
本文亮点
1.提出双功能补偿交联新策略：**将 ZIF-8-NH₂设计为兼具共价交联节点与*久性亲 CO₂孔道的双功能基元，通过霍夫曼烷基化热交联实现 “限制链运动抑制老化 / 塑化” 与 “孔道补偿缓解自由体积损失” 的双重效果，解决了传统交联策略导致 PIM 膜透气性下降的核心问题。
2.实现膜分离性能与稳定性的双重突破：优化后的 c-PIM/ZIF-9 wt% 膜在等摩尔混合气体中展现出 6803.53 Barrer 的*高 CO₂渗透率和 29 的 CO₂/N₂选择性，且能耐受 0.34 MPa CO₂进料无塑化，30 天连续运行后仍保留 74.6% 的初始 CO₂渗透率，突破了 PIM 膜 “高渗透性与高稳定性不可兼得” 的瓶颈。
3.分离性能突破经典上限且混合气体下表现更优：该交联膜的 CO₂/N₂分离性能不仅远* 2008 年 Robeson 上限，更接近 2019 年 Robeson 上限；且在混合气体体系中，因 CO₂的竞争性吸附效应，膜的分离选择性较单气体测试进一步提升，为实际工业碳捕集应用提供了更贴合的性能支撑。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/5tujGIZmCK41L2cnZv7sng
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