突破Trade-off效應的聚電解質-無機雜化膜及其CO2分離性能強化.pdf

1、開發(fā)高效率、低成本的CO2分離膜材料是目前膜法碳捕集的共性關鍵問題。隨著高分子聚合物氣體分離膜研究的發(fā)展，滲透性和選擇性之間此升彼降的矛盾關系（trade-off效應）成為制約膜性能提升的瓶頸，因此新型膜材料的開發(fā)勢在必行。本文開發(fā)了磺化聚醚醚酮（SPEEK）聚電解質膜，用于CO2高效分離。然而，該高分子膜受到trade-off效應制約。本論文針對如何同時提高SPEEK聚電解質氣體分離膜滲透性和選擇性問題，采用簡便、溫和的方法制備了一系

2、列雜化膜，通過調控雜化膜的微觀物理和化學結構，闡明了雜化膜界面相容性、自由體積特性、結晶度和鏈剛性對氣體分離性能的影響，為解決trade-off效應提供方法，主要研究工作包括：
　　自由體積調控強化滲透性：基于界面形態(tài)理論，引入金屬有機骨架（MOFs）、鈦納米管和石墨烯等新型填充劑調控雜化膜的自由體積分數或結晶度，強化擴散機制。通過調節(jié)填充劑的類型及含量，實現了自由體積分數、鏈剛性和鏈間距的精確調控，強化了擴散機制。雜化膜的自由體

3、積分數、空穴的大小與氣體滲透性正相關。當氨基修飾鈦納米管的填充量為8％時，CO2滲透系數達2090 Barrer， CO2/CH4(N2)選擇性達57(62)，突破了trade-off效應。
　　酸性位點調控強化選擇性：基于界面形態(tài)理論和CO2特異性親和作用，引入新型填充劑高孔隙的磺化MOFs，實現溶解-擴散機制協同強化。高填充量40 wt%的磺化MOFs與高分子之間具有良好的界面相容性。高孔隙率磺化MOFs的引入，顯著提高了氣體

4、擴散系數CO2/CH4(N2)和溶解選擇性。當磺化MOFs的填充量為40%時，CO2滲透系數達2064 Barrer，CO2/CH4(N2)選擇性達50(53)，突破了trade-off效應。
　　堿性位點調控強化選擇性：基于界面形態(tài)理論和酸堿反應，引入新型填充劑高孔隙率的MOFs，強化擴散機制，并將反應機制引入膜內，實現反應-擴散機制協同強化。濕態(tài)下，富含氨基的MOFs產生的HCO3-促進膜內CO2的快速傳遞，滲透性和CO2/C

5、H4(N2)選擇性較干態(tài)顯著提高。將富含氨基負載的MOFs引入膜內，當氨基負載 MOFs的填充量為40%時， CO2滲透系數達2490 Barrer， CO2/CH4(N2)選擇性達72(80)，實現了滲透性和選擇性的同時提高，突破了trade-off效應。
　　酸堿對調控強化選擇性：基于界面形態(tài)理論、CO2特異性親和作用和酸堿反應，引入新型片層填充劑氧化石墨烯，強化擴散機制，將富含酸堿對的氨基酸引入膜內，強化溶解-反應機制，以實