南京工業大學Angew. Chem. Int. Ed. ：用于從揮發性有機化合物中篩選氮的微孔聚酰胺膜

【引言】

微孔聚合物膜由于其分離性能優越而在氣體分離領域備受關注。如今，研究人員已發現一種具有良好分子篩性能的新型網狀微孔聚酰胺膜，可用于從揮發性有機化合物（VOC）混合物中分離出N2。三取代三蝶烯為主要單體，形成漁網狀的聚合物，通過溶液澆鑄形成復合膜。該膜表現出優異的分離性能和良好的穩定性，用于分子篩分離VOC（如環己烷）。在24℃、4kPa下，N2的滲透率可達到99.2％。這對于分離可冷凝氣體的微孔膜的研究有重大意義。

【成果簡介】

近期，Angew. Chem. Int. Ed. 發表了一篇關于用于分子篩選的微孔聚酰胺膜的文章，題為“Microporous Polyamide Membranes for Molecular Sieving of Nitrogen from Volatile Organic Compounds ”。論文共同通訊作者是來自南京工業大學的金萬勤教授和周浩力副教授。文中介紹了微孔材料對于分子分離（例如催化，儲氣等）的重要意義，并概述了合成用于化學分離的聚合物膜的難點及挑戰性。同時，回收揮發性有機化合物，是工業中的重要任務和難題。而節能膜技術較其他傳統方法更為有效，至今已經開發了許多具有VOC滲透選擇性的膜材料，但其成本較高，并且分離性能也有待改善。所以此文的創新之處在于，研究人員開發了一種新型網狀微孔聚酰胺膜，分離性能和穩定性均良好，進一步完善了分離氣體的微孔膜的研究。

【圖文導讀】

圖1 研究過程中的實驗方案

a 利用復合膜分離N2/VOC混合氣體示意圖。

b 溶液聚合法制備三蝶烯基聚酰胺復合膜。

圖2 聚酰胺復合膜的制備及結構

a 四個聚酰胺復合膜；復合膜的SEM表面圖像。通過在0.22mm尼龍-6載體上涂覆5 wt％的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，并在80℃的真空烘箱中交聯三天制備復合膜。

b 復合膜在室溫下在環己烷溶液中的溶解度為20天。通過在聚四氟乙烯（PTFE）板上涂覆5wt％DMF溶液，并在80℃的真空烘箱中交聯三天制備獨立膜。

c 復合膜的TEM圖像。

d 漁網狀結構膜示意圖。

e 膜中的聚集孔以及可能的分子結構。

圖3 復合膜的分離率

a 涂覆在PA-6載體上所制備的聚酰胺復合膜的環己烷分離率。

b 復合膜對于不同有機分子的分離率。
大約在248℃的橫流模式下進行分離，進料VOC濃度（通量為20 Lm2h-1）為30000?1500 ppm 。

圖4 分離混合氣體時復合膜的穩定性

分離在248℃，4kPa的橫流模式下進行。

【小結】

使用剛性的三蝶烯作為單體成功地制造了新的具有漁網狀結構的復合膜，可用作分離N2/VOC混合氣體。實驗表明，在高進料濃度下，有機蒸氣中物理老化較少，表明其鏈結構和構象有良好的穩定性。因此，制備的復合膜具有出色的分離性能，具有高達99.2％的分離率，可以獲得高滲透性的混合物，如N2 /環己烷混合物的分子篩分離。此外，驅動該分離所需的低進料操作壓力表明，N2/VOC混合物分離的成本較低，因此該方法具有很好的應用前景。這項工作為微孔聚合物膜的制備和應用做出了重要貢獻，并且可能為N2/VOC混合物的膜分離帶來革命性的變化。

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

本文由材料人編輯部高分子學術組水手供稿，材料牛編輯整理。

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