Hydrogen-Bonded Polyimide/Metal-Organic Framework Hybrid Membranes for Ultrafast Separations of Multiple Gas Pairs
據高分子科學前沿微信公眾平臺2019年6月17日訊 在工業領域，混合氣體的膜分離技術自上世紀80年代末問世以來，就受到了學界和產業界的廣泛關注。其中，聚合物膜材料由于其易于加工始終引領著工業膜的市場。盡管如此，眾所周知，聚合物薄膜受到滲透性和選擇性兩種參數的相互制約，氣體分離性能存在上限，即羅賓遜上限（Robeson upper bound）。目前，研究者正在致力于制備分離速度快，效率高的薄膜，并進一步逼近甚至突破羅賓遜上限。其中，熱重排聚合物膜展現出了超越羅賓遜上限的性能，但其制備過程中的退火工藝將增加膜的脆性。此外，自具微孔聚合物（PIMs）同樣擁有優異的性能，但同樣存在容易老化的問題。無機材料，如金屬有機框架（metal-organic frameworks）雖然能選擇性地分離混合氣體，但自身難以成膜不易加工。由于MOF與聚合物基體之間相容性差，利用聚合物/MOF制備的復合薄膜中MOF的填充量往往低于50 wt%，很難充分發揮出填料MOF的優異性能，且復合薄膜本身大量相界面的存在將作為缺陷抑制原有的優異的氣體分離性能。
基于此背景，近日，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Jeffrey J. Urban教授團隊在國際著名刊物《Advanced Functional Materials》上發表了名為“Hydrogen-Bonded Polyimide/Metal-Organic Framework Hybrid Membranes for Ultrafast Separations of Multiple Gas Pairs”的論文。研究者構筑了含Zr的MOF/聚酰亞胺復合薄膜，如圖1所示。由于基體和填料間存在氫鍵相互作用，MOF的填充量較已報道體系更高。當MOF的填充量達55 wt%時，CO2和H2的滲透率分別為2494和2932Barrers，CO2/CH4、H2/CH4和H2/N2的選擇性分別可達29.3，34.4和23.8。此外，復合薄膜制備工藝較溫和，同時在高于羅賓遜上限的條件下可持續工作超過5300小時，對比于已報道或商用體系具有不可比擬的優勢。
http://www.membranes.com.cn/xingyedongtai/kejidongtai/2019-06-18/36673.html
https://kknews.cc/zh-cn/news/mnz5pl6.html