北京工商大學葉宏等 Polymer Reviews：自聚微孔聚合物在液體分離純化中的應用進展：膜分離和吸附

引言

自聚微孔聚合物(PIMs)由于自身的剛度和分子的非平面扭曲，形成了獨特的微孔結構，它的出現彌補了微孔材料和聚合物材料之間的空白，廣泛作為氣體分離膜使用。同時PIMs在液體分離領域的應用報道增幅很快，比如納濾，滲透汽化以及吸附等領域，其獨特的微孔結構賦予其在液體分離領域極大的應用潛力。然而一直未有綜述對其進行總結分析和討論。

成果介紹

近日，北京工商大學葉宏副教授（第一作者/通訊作者）對PIMs在膜分離和吸附領域應用的進展進行了全面和評論性的總結。詳細介紹了PIMs在滲透汽化（優先脫水、優先脫有機物和有機混合物分離）、納濾、吸附（有機物和重金屬吸附、油水分離和對映體分離）等方面的應用以及PIMs的分子模擬研究，相關成果以題為“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）發表在Polymer Reviews （IF=7.304）上。

近年來合成的PIM-1材料，其孔徑穩定在微孔范圍內，這決定其可以應用于液體分離領域：

（1）PIMs的孔徑完全覆蓋了NF和反滲透中膜孔所需的尺寸范圍，因此它們可用作納濾和反滲透膜；

（2）PIM-1的孔徑覆蓋了滲透汽化常見目標分離物（如乙醇，丁醇，苯和苯酚等），且PIM-1具有疏水性，可用于滲透汽化分離水中的有機物成分；

（3）PIMs的多孔性及高比表面積使其具有吸附能力。

圖1?PIMs當前應用領域

在氣體分離以外的應用中，PIMs大多數報道集中在滲透汽化領域，PIMs既可以作為優先脫醇膜，也可以作為優先脫水膜，這在滲透汽化的膜材料中并不多見。PIMs本身是憎水的，可以從水中優先分離醇類，不過分離性能隨PIMs膜的使用時間出現了衰減現象，這歸因于高分子鏈的重排。對于乙二醇-水混合物，PIM-1卻表現出優先脫水的分離特性，基于微孔結構，滲透選擇性是吸附選擇性的數百倍，從而實現了擴散控制，使水優先透過。有意義的是，基于PIMs的憎水特性，隨水含量的增加，膜的溶脹度下降。這與典型的滲透汽化脫水膜顯著不同。將PIMs的優先脫有機物和脫水分離性能與商業脫醇和脫水滲透汽化膜相比，可以看出PIMs的滲透汽化分離性能與商業膜相當甚至更高。

圖2?PIMs膜用于滲透汽化優先分離有機物的性能

圖3 PIMs膜用于滲透汽化優先脫水的性能

小結

PIMs材料在不同的液體分離單元操作中表現出很強的應用靈活性，具有非常大的應用潛力，不過PIMs還面臨著合成方法、成本以及適用膜組件的開發等問題。PIMs中目前只有PIM-1應用廣泛，更多類型的PIMs材料有待開發和更廣泛地應用。

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