聚酰亚胺碳分子筛气体分离膜的研究进展

聚酰亚胺碳分子筛膜由于具有较高的热稳定性、耐化学性、气体渗透性和选择性,而受到广泛关注。根据近年来聚酰亚胺碳分子筛膜在气体分离方面的研究现状,详细介绍了填充改性、对前驱体进行预处理和聚酰亚胺单体改性的研究成果,并展望了聚酰亚胺碳分子筛分离膜的发展趋势,以期为未来高效分离膜的研发提供参考。     

芳香聚酰亚胺气体分离膜

芳香聚酰亚胺一直在电子、复合材料及粘接剂等领域广泛地应用。最近,聚酰亚胺膜已用于气体的分离过程。这是因为芳香聚酰亚胺是具有高玻璃化温度的玻璃态聚合物,它对小分子比大分子有更大的选择透过性,高选择性是与玻璃态聚合物的僵硬主链,对不同尺寸的分子提供筛分作用相连系的。新开发的芳香聚酰亚胺膜是用联苯四甲酸二酐与芳香二胺缩聚制备的聚酰亚胺溶液制造的。这种中空纤维状的膜是由一个多孔结构支撑的一个很薄的外表面组成的。它可通过聚合物溶液采用干——湿法过程纺丝而成,经溶剂交换干燥,外层的致密部分由计算可知厚度低于0.1μm。它对H_2与CO、CH_4.N_2及其它气体的分离有高度的选择性。由于它具有聚酰亚胺特有的耐高温性能,所以可以在很广的气体加工条件下使用。这种膜对水蒸气有很高的透过性,因而也可用于有机蒸气的脱水,或空气干燥。此膜对水蒸气的透过速度为乙醇的100～200倍。30%的乙醇水溶液,经一次膜分离,浓度可提高到99%。空气干燥系统可产出达到-50℃露点的空气。     

聚酰亚胺气体分离膜的进展

本文叙述了近年来聚酰亚胺气体分离膜的发展概况。讨论了聚合物结构、共聚改性、交联改性和成膜历史对聚酰亚胺透气性能的影响。脂环族聚酰亚胺和六氟二酐(6FDA)型聚酰亚胺兼具有高透气性和高透气选择性,是一类具有发展前途的气体分离膜材料。     

气体分离膜研究进展

全面综述了近几年气体分离膜研究的最新进展,主要包括气体分离膜材料、制膜方法、表征方法三个方面。     

含聚醚链段聚酰亚胺膜的制备及气体分离性能

利用均苯四甲酸二酐（PMDA）与4,4’-二氨基二苯醚（ODA）和聚醚胺（PPO, Mn～2000）共聚合,合成聚酰胺酸前驱体,经热处理得到一系列含PPO链段的聚酰亚胺薄膜.研究了PPO链段的引入对薄膜结构及气体分离性能的影响.结果表明,在芳香族聚酰亚胺中引入柔性链段PPO有利于气体分子的传输.得益于PPO链段在分离膜内部形成的微相分离结构,气体分子在分离膜内的扩散系数随PPO含量的增加显著提升.当PPO含量为65 wt%时,PPO链段在分离膜内仍呈现非晶相,CO₂渗透系数高达131.61 Barrer,比PMDA/ODA均聚聚酰亚胺薄膜提高22倍.同时,得益于聚醚链段对CO₂独特的亲和作用,随着PPO含量的提高,分离膜对CO₂/N₂的分离系数由18.77提高至30.12.结果表明PPO链段的引入对于调控聚酰亚胺膜的结构和气体分离性能具有重要作用.     

聚酰亚胺气体分离膜材料的结构与性能

结合作者的研究工作对聚酰亚胺分子结构与气体分离性能之间的关系作了较详实的讨论，指出了进一步的研究方向和应用前景。     

含叔丁基聚酰亚胺均质膜的气体分离性能

采用高温“一步法”缩聚合成了一系列含叔丁基的可溶性芳香聚酰亚胺树脂, 然后通过溶液浇注法制得相应均质薄膜, 并对其气体分离性能进行了测试, 同时研究了二酐结构和温度对聚酰亚胺均质膜气体分离性能的影响. 结果表明, 对于H₂, N₂, O₂, CO₂和CH₄ 等5种气体, 含叔丁基聚酰亚胺均质膜不仅表现出良好的透气性, 而且具有较高的气体透过选择性, 4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)两类聚酰亚胺均质膜的气体分离性能最佳. 除CO₂外, 这两类聚酰亚胺均质膜的气体渗透系数随温度升高而升高, 而所有测试气体在这两种均质膜中的扩散系数和溶解度系数均随温度升高而增大.     

交联型高分子分离膜的制备研究进展

膜分离技术具有效率高、投资相对较低、运行维护费用低等优点,在脱盐、环境保护、石油化工、清洁生产、医药和食品等领域得到广泛的应用。常规高分子分离膜在有机溶剂中难以保持形态稳定,限制了其在有机体系的应用,而通过交联改性可以显著提高膜的耐有机溶剂性,继而可应用于物料分离、药物浓缩与精制、溶剂与催化剂回收等过程,具有巨大的应用潜力。本文对高分子分离膜的交联研究进行了总结,根据交联剂引入膜中的工艺阶段,将交联方法分为交联剂预引入法、交联剂同步引入法和交联剂后引入法三种,并进一步根据交联机理或高分子材料对每种方法进行了详述,并对研究的未来趋势进行了展望。     

含有聚醚链段的可溶性聚酰亚胺气体分离膜材料及其性能

将4,4'-六氟亚异丙基-邻苯二甲酸酐(6FDA)和1,3-苯二胺(mPDA)与二端氨基聚醚缩聚, 得到含有聚醚柔性链段的聚酰亚胺气体分离膜材料. 所合成的共聚聚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮(NMP)和四氢呋喃(THF)等有机溶剂中具有良好的溶解性能. 研究了O2, N2, H2, CH4和CO2在聚酰亚胺均质膜中的渗透性能, 考察了二端氨基聚醚的含量、链长和化学结构对气体渗透性能的影响. 结果表明, 聚醚链段的引入增大了气体的扩散系数, 气体的渗透系数显著增大; 聚醚链段与CO2相对较强的相互作用, 增大了对CO2/N2的溶解选择性, CO2/N2的分离性能优于CO2/CH4, 同时CO2比H2优先透过膜.     

聚萘酰亚胺膜的制备及其气体分离性能

利用萘二酐与邻位含脂肪族取代基的芳香二胺聚合制备了一系列均聚及共聚萘酰亚胺。这些C—N键邻位含取代基的聚萘酰亚胺可溶解于有机溶剂中并具有良好的成膜性。这些膜的拉伸强度在54~77 MPa之间,断裂伸长率在6.4%~8.1%,杨氏模量在1.3~2.2 GPa。这些聚萘酰亚胺具有优异的热稳定性,热分解温度在448~501℃范围内,玻璃化转变温度在382~391℃范围内。气体分离性能测试结果表明,聚萘酰亚胺具有突出的CO_2/CH_4分离能力,CO_2气体透过系数在37.2~151 barrer范围内,而CO_2/CH_4的选择系数在20.9~31.7的范围内,这表明了制备的聚萘酰亚胺气体分离膜材料在天然气纯化方面具有潜在的应用价值。     

SSZ-13分子筛膜的制备方法及其气体分离

SSZ-13分子筛具有CHA构型和3维八元环孔道结构,窗口尺寸约0.38 nm×0.38 nm。相比CH₄和N₂,SSZ-13分子筛对CO₂具有优先吸附选择性,适用于CO₂/CH₄、CO₂/N₂等体系的气体分离。SSZ-13分子筛膜的制备方法主要有原位晶化法、二次生长法、微波合成和分子筛转晶法等。高硅SSZ-13分子筛膜的疏水性随着硅铝比的增加而增加,膜层变得更加致密,缺陷减少,气体分离选择性增加。本文梳理了高硅SSZ-13分子筛膜的制备方法和气体分离的机理,分析了支撑体、合成条件、Si/Al比、测试条件和分离体系等因素对高硅SSZ-13分子筛膜气体分离的影响,展望了高硅SSZ-13分子筛膜今后的发展方向。     

金属有机骨架材料/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

合成了3种不同结构、 粒径和气体吸附性能的金属有机骨架材料(MOFs): 微米级Cu₃(BTC)₂、 亚微米级ZIF-8和S-Cu₃(BTC)₂. 氮气吸附等温线分析结果表明, ZIF-8和Cu₃(BTC)₂具有较大比表面积(1653和1439 m²/g), S-Cu₃(BTC)₂的比表面积为171.4 m²/g. 用共混法将MOFs直接引入聚酰亚胺中制备了MOFs/聚酰亚胺混合基质膜(MMMs). X射线衍射(XRD)和全反射红外光谱(FTIR-ATR)分析结果表明, MOFs在混合基质膜中保持物理和化学稳定. 气体渗透测试结果表明, MOFs的加入使膜的气体渗透分离性能明显提高, S-Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了1.75倍; ZIF-8和Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了3倍左右; 同时, 膜的气体分离系数变化很小.     

微孔PI气体分离膜的研究进展

自具微孔材料(PIMs)由于自身刚性分子链的扭曲折叠等会产生高比表面积的微孔结构,相应的膜材料具有优异的气体分离性能。将刚性扭曲的结构单元引入到聚酰亚胺(PI)主链中就得到自具微孔PI。微孔型PI是近年来发展的一种新型PI,其微孔结构使得PI膜的气体分离性能得到很大提升,其中气体渗透系数的提升尤为显著,且保持了传统PI良好的热稳定性、化学稳定性及高力学强度等性质。本文重点介绍了微孔PI以及基于微孔PI复合膜的最新研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。     

温度对含硅聚酰亚胺膜气体分离性能的影响

合成了次联苯基型合硅聚酰亚胺（ＳＩＤＡ－ＢＤＡ），研究了其均质膜对Ｈ２，Ｏ２和Ｎ２的透过分离性能与温度的关系，随着温度的升高，气体的透过系数和扩散系数增大，而溶解系数和选择系数则降低，此外，我们还讨论了气体在膜中的透过活化能，扩散活化能和吸着热。     

致密皮层非对称气体分离膜的制备

以湿相转化法制备出分离性能优良的致密皮层非对称气体分离膜；建立了醋酸纤维素 丙酮 甲醇三组分制膜体系，所制得的致密皮层醋酸纤维素非对称气体分离膜，在室温、０５ＭＰａ进气压力下，该膜对ＣＯ２／ＣＨ４的分离系数３０，ＣＯ２透气速率可达１８×１０－８ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２·ｓ·Ｐａ；扫描电镜图显示该膜表层致密、超薄（约２００ｎｍ）、支持层疏松，为理想结构的非对称气体分离膜．     

聚酰亚胺LB膜研究进展

聚酰亚胺（ＰＩ）是一种高性能聚合物材料，通过Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜（ＬＢ膜）技术实现ＰＩ分子排列的有序化，可以使ＰＩ的某些性能更充分体出现来，详细总结了ＰＩＬＢ膜的制备方法，对其在气体分离，光敏性，液晶取向，介电以及光电导等方面性质的研究现状进行了较为全面的综合，对ＰＩＬＢ的研究和应用前景作了简要展望。     

聚酰亚胺LB膜研究进展

阐述近年来聚酰亚胺ＬＢ膜研究的发展概况，包括聚酰亚胺ＬＢ膜的制备方法、结构、性能及应用。     

等离子体聚合制备气体分离膜研究概况

本文叙述了近年来等离子体聚合技术制备气体分离膜,主要是富氧膜的研究进展。着重介绍等离子体聚合制备复合膜的类型及结构、气体透过特性、等离子体反应参数对复合膜气体透过性的影响。     

聚酰亚胺/SnO_2杂化膜的制备和表征及其气体渗透性测定

杂化材料作为一种新型材料结合了有机无机材料的优异特性，具有较高的热稳定性、机械强度和某些特殊的化学性质，在微电子、光电设备、传感器和分离膜等诸多领域得到应用与研究．溶胶凝胶法作为合成杂化材料的主要手段，具有反应条件温和，可通过调配反应参数来控制杂化材料的微观形态和性质等优点．     

过渡金属有机络合物添加剂对聚酰亚胺气体分离膜性能的影响

采用具有庞大取代基团的过渡金属有机络合物作为添加剂制备了聚酰亚胺气体分离膜,研究了过渡金属盐、有机配体和金属络合物对聚酰亚胺均质膜和非对称膜氢、氮气体透过性能的影响,结果表明过渡金属盐添加剂提高了分离系数,但降低了气体透过速率;有机配体添加剂增大了气体透过速率却降低了分离系数;以络合物作添加剂时,可在不降低分离系数的情况下使气体透过速率得到提高,是一种改进气体分离膜性能的有效方法。