天津科技大學、生物源纖維制造技術國家重點實驗室的程博聞教授團隊近期于Journal of Membrane Science期刊發表題目為Fine-tuning gas separation performance of copolymer polyimide by the regulation of local microstructure（通過局部微觀結構調控優化共聚聚酰亞胺氣體分離性能）的文章。Journal of Membrane Science是膜分離領域的頂級期刊，最新影響因子為8.4。該文章第一作者為碩士生黃雨節，共同第一作者為講師李凱華，通訊作者為程博聞教授和楊磊鑫副教授。
【研究亮點】
- 設計了一種具有局部不可旋轉結構的共聚聚酰亞胺膜。
- 醚氧基團的存在抑制了聯苯單元微觀結構的旋轉。
- 醚氧基團抑制了鏈的致密堆積，增加了聚酰亞胺的自由體積元素（FVE）。
- 優化后的6FD/C(1:1)-SBI和6FD/C(1:3)-SBI膜在CO?/CH?和H?/CH?分離性能上超越了2008年Robeson上限。
從現有化石燃料發電廠中捕獲二氧化碳（CO2）對減少碳排放和實現碳中和起著至關重要的作用。膜分離技術因其能源效率高、操作簡單、可擴展性強和設計緊湊，已成為蒸餾和吸收等傳統方法的一種有前途的替代方法。聚合物的微觀結構對聚合物鏈段的堆積方式具有重要影響，從而決定了膜的分離性能。然而，目前關于聚合物微觀結構對分離性能影響的研究仍然有限。本研究設計了分別含有和不含醚氧基團的二胺基單體（6FCDA和6FDA），以調控共聚聚酰亞胺（PIs）的局部微觀結構（記為6FD/C(1:0, 3:1, 1:1, 1:3, 和0:1)-SBI），并闡明微孔有機聚合物的結構-性能關系。研究結果表明，隨著醚氧基團含量的增加，共聚聚酰亞胺的氣體滲透性呈比例提高。具體而言，由于醚氧基在穩定局部微觀結構、限制鏈段旋轉和緊密堆積、增加自由體積單元（FVEs）方面的作用，6FD/C(0:1)-SBI的氣體滲透性相比6FD/C(1:0)-SBI提高了約500%。相反，不含醚氧基團的6FDA通過更緊密的堆積和更小的鏈間距，表現出更高的氣體選擇性。通過結合兩種單體的優勢，共聚聚酰亞胺在滲透性和選擇性方面實現了同步提升。特別是，優化后的6FD/C(1:1)-SBI和6FD/C(1:3)-SBI膜在CO?/CH?和H?/CH?分離性能上超越了2008年Robeson上限。這些研究成果為微孔聚合物膜的結構-性能關系提供了新的見解，并為設計具有可調結構的先進膜材料提出了策略。
圖 . 6FD/C-SBI 共聚聚酰亞胺的 H2/CH4 (a) 和 CO2/CH4 (b) 分離性能；基于 SBI 的共聚聚酰亞胺的純氣滲透性能 (c) 和理想選擇性 (d)。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037673882500002X
作者簡介
黃雨節（碩士）
工作單位： 天津科技大學輕工科學與工程學院
通訊郵件： Yu1666076575@126.com
李凱華（講師）
工作單位： 天津科技大學紡織材料與化工學院
通訊郵件：Likh_199109@163.com
通訊作者:
楊磊鑫（副教授）
工作單位： 天津科技大學輕工科學與工程學院
通訊郵件：Leixinyang@tust.edu.cn
程博聞（教授）
工作單位： 天津科技大學輕工科學與工程學院
通訊郵件： bowenc17@tust.edu.cn
