南京工业大学Angew. Chem. Int. Ed. ：用于从挥发性有机化合物中筛选氮的微孔聚酰胺膜

【引言】

微孔聚合物膜由于其分离性能优越而在气体分离领域备受关注。如今，研究人员已发现一种具有良好分子筛性能的新型网状微孔聚酰胺膜，可用于从挥发性有机化合物（VOC）混合物中分离出N2。三取代三蝶烯为主要单体，形成渔网状的聚合物，通过溶液浇铸形成复合膜。该膜表现出优异的分离性能和良好的稳定性，用于分子筛分离VOC（如环己烷）。在24℃、4kPa下，N2的渗透率可达到99.2％。这对于分离可冷凝气体的微孔膜的研究有重大意义。

【成果简介】

近期，Angew. Chem. Int. Ed. 发表了一篇关于用于分子筛选的微孔聚酰胺膜的文章，题为“Microporous Polyamide Membranes for Molecular Sieving of Nitrogen from Volatile Organic Compounds ”。论文共同通讯作者是来自南京工业大学的金万勤教授和周浩力副教授。文中介绍了微孔材料对于分子分离（例如催化，储气等）的重要意义，并概述了合成用于化学分离的聚合物膜的难点及挑战性。同时，回收挥发性有机化合物，是工业中的重要任务和难题。而节能膜技术较其他传统方法更为有效，至今已经开发了许多具有VOC渗透选择性的膜材料，但其成本较高，并且分离性能也有待改善。所以此文的创新之处在于，研究人员开发了一种新型网状微孔聚酰胺膜，分离性能和稳定性均良好，进一步完善了分离气体的微孔膜的研究。

【图文导读】

图1 研究过程中的实验方案

a 利用复合膜分离N2/VOC混合气体示意图。

b 溶液聚合法制备三蝶烯基聚酰胺复合膜。

图2 聚酰胺复合膜的制备及结构

a 四个聚酰胺复合膜；复合膜的SEM表面图像。通过在0.22mm尼龙-6载体上涂覆5 wt％的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，并在80℃的真空烘箱中交联三天制备复合膜。

b 复合膜在室温下在环己烷溶液中的溶解度为20天。通过在聚四氟乙烯（PTFE）板上涂覆5wt％DMF溶液，并在80℃的真空烘箱中交联三天制备独立膜。

c 复合膜的TEM图像。

d 渔网状结构膜示意图。

e 膜中的聚集孔以及可能的分子结构。

图3 复合膜的分离率

a 涂覆在PA-6载体上所制备的聚酰胺复合膜的环己烷分离率。

b 复合膜对于不同有机分子的分离率。
大约在248℃的横流模式下进行分离，进料VOC浓度（通量为20 Lm2h-1）为30000〜1500 ppm 。

图4 分离混合气体时复合膜的稳定性

分离在248℃，4kPa的横流模式下进行。

【小结】

使用刚性的三蝶烯作为单体成功地制造了新的具有渔网状结构的复合膜，可用作分离N2/VOC混合气体。实验表明，在高进料浓度下，有机蒸气中物理老化较少，表明其链结构和构象有良好的稳定性。因此，制备的复合膜具有出色的分离性能，具有高达99.2％的分离率，可以获得高渗透性的混合物，如N2 /环己烷混合物的分子筛分离。此外，驱动该分离所需的低进料操作压力表明，N2/VOC混合物分离的成本较低，因此该方法具有很好的应用前景。这项工作为微孔聚合物膜的制备和应用做出了重要贡献，并且可能为N2/VOC混合物的膜分离带来革命性的变化。

文献链接：Microporous Polyamide Membranes for Molecular Sieving of Nitrogen from Volatile Organic Compounds（Angew. Chem. Int. Ed，2017，DOI: 10.1002/anie.201700176）

本文由材料人编辑部高分子学术组水手供稿，材料牛编辑整理。

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