通过将中空聚酰亚胺纳米颗粒与微孔壳层结合，制备无缺陷的气体分离复合膜，提高PDMS的气体渗透性能

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:41
文章英文标题
Improving gas permeation performance of PDMS by incorporating hollow polyimide nanoparticles with microporous shells and preparing defect-free composite membranes for gas separation
正文
最近，在聚合物基体中加入了各种类型的中空材料，以提高聚合物材料的气体渗透和分离性能。本研究通过4，4 - ( 9 -芴基) -二苯胺与1，2，4，5 -苯四羰基四氯化物在微乳液中的界面聚合，合成了具有微孔壳的中空聚酰亚胺( PI )纳米粒子。制备了自支撑聚二甲基硅氧烷( PDMS ) /中空聚酰亚胺( PI )纳米粒子混合基膜，研究了其气体渗透分离性能。纳米颗粒的中空和多孔结构被很好地保存在膜中，降低了传质阻力。在不牺牲渗透选择性的前提下，随着纳米粒子负载量的增加，渗透率先增大后减小。与O2和CO2渗透率分别为786和3484 Barrer的纯PMDS膜相比，在35  ℃和0.2   MPa条件下，3  wt %中空PI纳米粒子的混合基质膜O2渗透率可达1664 Barrer，O2 / N2选择性为2.3，CO2渗透率可达6639 Barrer，CO2 / N2选择性为9.1  。将多孔聚醚酰亚胺基片浸渍到含有3   wt %纳米粒子的PDMS溶液中，制备了混合基复合膜。合成的无缺陷混合基复合膜表现出优异的O2和CO2透过率，分别高达1677和6502 GPU。空气分离实验表明，复合膜可以产生富氧的渗透汽液，富集到ca。30  vol %。
文章内容（英文）
Recently, various types of hollow materials have been added into polymer matrices to improve the gas permeation and separation performance of polymer materials. In this study, hollow polyimide (PI) nanoparticles with microporous shells were synthesized by interfacial polymerization between 4,4-(9-fluorenylidene)-dianiline and 1,2,4,5-benzenetetracarbonyl tetrachloride in the microemulsion. Free-standing polydimethylsiloxane (PDMS)/hollow PI nanoparticles mixed matrix membranes were prepared and the gas permeation-separation performance was investigated. The hollow and porous structure of the nanoparticles was well-preserved in membranes, which reduced the mass transport resistance. The permeability firstly increased and then decreased as the nanoparticle loading increased without sacrificing the permselectivity. Compared to the neat PMDS membranes with O 2 and CO 2 permeability of 786 and 3484 Barrer, respectively, the mixed matrix membranes with 3 wt% hollow PI nanoparticles achieved a O 2 permeability up to 1664 Barrer accompanied with an O 2 /N 2 permselectivity of 2.3 and a CO 2 permeability up to 6639 Barrer accompanied with a CO 2 /N 2 permselectivity of 9.1 at 35 °C and 0.2 MPa. Mixed-matrix composite membranes were fabricated by dip-coating the porous polyetherimide substrate into a PDMS solution with 3 wt% nanoparticles. The resultant defect-free mixed-matrix composite membrane showed excellent O 2 and CO 2 permeances of up to 1677 and 6502 GPU, respectively. The air separation measurement showed that the composite membranes could produce oxygen-enriched permeate stream enriched to ca. 30 vol%.
来源出处
Journal|[J]Journal of Membrane ScienceVolume 635, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/J.MEMSCI.2021.119508

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