天津科技大学、生物源纤维制造技术国家重点实验室的程博闻教授团队近期于Journal of Membrane Science期刊发表题目为Fine-tuning gas separation performance of copolymer polyimide by the regulation of local microstructure（通过局部微观结构调控优化共聚聚酰亚胺气体分离性能）的文章。Journal of Membrane Science是膜分离领域的顶级期刊，最新影响因子为8.4。该文章第一作者为硕士生黄雨节，共同第一作者为讲师李凯华，通讯作者为程博闻教授和杨磊鑫副教授。
【研究亮点】
- 设计了一种具有局部不可旋转结构的共聚聚酰亚胺膜。
- 醚氧基团的存在抑制了联苯单元微观结构的旋转。
- 醚氧基团抑制了链的致密堆积，增加了聚酰亚胺的自由体积元素（FVE）。
- 优化后的6FD/C(1:1)-SBI和6FD/C(1:3)-SBI膜在CO?/CH?和H?/CH?分离性能上超越了2008年Robeson上限。
从现有化石燃料发电厂中捕获二氧化碳（CO2）对减少碳排放和实现碳中和起着至关重要的作用。膜分离技术因其能源效率高、操作简单、可扩展性强和设计紧凑，已成为蒸馏和吸收等传统方法的一种有前途的替代方法。聚合物的微观结构对聚合物链段的堆积方式具有重要影响，从而决定了膜的分离性能。然而，目前关于聚合物微观结构对分离性能影响的研究仍然有限。本研究设计了分别含有和不含醚氧基团的二胺基单体（6FCDA和6FDA），以调控共聚聚酰亚胺（PIs）的局部微观结构（记为6FD/C(1:0, 3:1, 1:1, 1:3, 和0:1)-SBI），并阐明微孔有机聚合物的结构-性能关系。研究结果表明，随着醚氧基团含量的增加，共聚聚酰亚胺的气体渗透性呈比例提高。具体而言，由于醚氧基在稳定局部微观结构、限制链段旋转和紧密堆积、增加自由体积单元（FVEs）方面的作用，6FD/C(0:1)-SBI的气体渗透性相比6FD/C(1:0)-SBI提高了约500%。相反，不含醚氧基团的6FDA通过更紧密的堆积和更小的链间距，表现出更高的气体选择性。通过结合两种单体的优势，共聚聚酰亚胺在渗透性和选择性方面实现了同步提升。特别是，优化后的6FD/C(1:1)-SBI和6FD/C(1:3)-SBI膜在CO?/CH?和H?/CH?分离性能上超越了2008年Robeson上限。这些研究成果为微孔聚合物膜的结构-性能关系提供了新的见解，并为设计具有可调结构的先进膜材料提出了策略。
图 . 6FD/C-SBI 共聚聚酰亚胺的 H2/CH4 (a) 和 CO2/CH4 (b) 分离性能；基于 SBI 的共聚聚酰亚胺的纯气渗透性能 (c) 和理想选择性 (d)。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037673882500002X
作者简介
黄雨节（硕士）
工作单位： 天津科技大学轻工科学与工程学院
通讯邮件： Yu1666076575@126.com
李凯华（讲师）
工作单位： 天津科技大学纺织材料与化工学院
通讯邮件：Likh_199109@163.com
通讯作者:
杨磊鑫（副教授）
工作单位： 天津科技大学轻工科学与工程学院
通讯邮件：Leixinyang@tust.edu.cn
程博闻（教授）
工作单位： 天津科技大学轻工科学与工程学院
通讯邮件： bowenc17@tust.edu.cn
