北京工商大学叶宏等 Polymer Reviews：自聚微孔聚合物在液体分离纯化中的应用进展：膜分离和吸附

引言

自聚微孔聚合物(PIMs)由于自身的刚度和分子的非平面扭曲，形成了独特的微孔结构，它的出现弥补了微孔材料和聚合物材料之间的空白，广泛作为气体分离膜使用。同时PIMs在液体分离领域的应用报道增幅很快，比如纳滤，渗透汽化以及吸附等领域，其独特的微孔结构赋予其在液体分离领域极大的应用潜力。然而一直未有综述对其进行总结分析和讨论。

成果介绍

近日，北京工商大学叶宏副教授（第一作者/通讯作者）对PIMs在膜分离和吸附领域应用的进展进行了全面和评论性的总结。详细介绍了PIMs在渗透汽化（优先脱水、优先脱有机物和有机混合物分离）、纳滤、吸附（有机物和重金属吸附、油水分离和对映体分离）等方面的应用以及PIMs的分子模拟研究，相关成果以题为“Advances in the Application of Polymers of Intrinsic Microporosity in Liquid Separation and Purification: Membrane Separation and Adsorption Separation”（https://doi.org/10.1080/15583724.2020.1821059）发表在Polymer Reviews （IF=7.304）上。

近年来合成的PIM-1材料，其孔径稳定在微孔范围内，这决定其可以应用于液体分离领域：

（1）PIMs的孔径完全覆盖了NF和反渗透中膜孔所需的尺寸范围，因此它们可用作纳滤和反渗透膜；

（2）PIM-1的孔径覆盖了渗透汽化常见目标分离物（如乙醇，丁醇，苯和苯酚等），且PIM-1具有疏水性，可用于渗透汽化分离水中的有机物成分；

（3）PIMs的多孔性及高比表面积使其具有吸附能力。

图1 PIMs当前应用领域

在气体分离以外的应用中，PIMs大多数报道集中在渗透汽化领域，PIMs既可以作为优先脱醇膜，也可以作为优先脱水膜，这在渗透汽化的膜材料中并不多见。PIMs本身是憎水的，可以从水中优先分离醇类，不过分离性能随PIMs膜的使用时间出现了衰减现象，这归因于高分子链的重排。对于乙二醇-水混合物，PIM-1却表现出优先脱水的分离特性，基于微孔结构，渗透选择性是吸附选择性的数百倍，从而实现了扩散控制，使水优先透过。有意义的是，基于PIMs的憎水特性，随水含量的增加，膜的溶胀度下降。这与典型的渗透汽化脱水膜显著不同。将PIMs的优先脱有机物和脱水分离性能与商业脱醇和脱水渗透汽化膜相比，可以看出PIMs的渗透汽化分离性能与商业膜相当甚至更高。

图2 PIMs膜用于渗透汽化优先分离有机物的性能

图3 PIMs膜用于渗透汽化优先脱水的性能

小结

PIMs材料在不同的液体分离单元操作中表现出很强的应用灵活性，具有非常大的应用潜力，不过PIMs还面临着合成方法、成本以及适用膜组件的开发等问题。PIMs中目前只有PIM-1应用广泛，更多类型的PIMs材料有待开发和更广泛地应用。

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