UiO-66/PI混合基质气体分离膜的研究

摘要

以具有较高热稳定性的UiO-66为掺杂剂、高自由体积的PI聚合物为基相,采用原位聚合掺杂的方式制备了UiO-66/PI混合基质膜,经进一步热处理制备了高性能的热重排混合基质膜.利用TG、FTIR、SEM和XRD等表征方法探究了混合基质膜的化学结构、微观形貌以及分子链间距离.结果表明,原位掺杂方式将UiO-66纳米颗粒均匀分散于聚合物基质中.经热处理后,UiO-66仍可保持其晶体结构,同时进一步增大了聚合物基质的分子链间距离.UiO-66的引入同时提高了热重排膜的气体渗透系数和对CO2/CH4、CO2/N2的选择性.与未掺杂的膜相比,掺杂质量分数为3％UiO-66的热重排混合基质膜的CO2渗透系数可高达3 316 Barrer,提高了1.74倍,同时CO2/N2和CO2/CH4的选择性分别由24.4和27.5提高到35.7和33.2.热处理恒温时间的延长可进一步提高膜的气体渗透通量,其中CO2渗透系数最高可达11 950 Barrer,对应CO2/CH4选择性为19.所制备的UiO-66/PI热重排混合基质膜对CO2/CH4和CO2/N2的分离性能超越了2008年Robeson上限,在CO2分离与捕集领域展现出较好的应用前景.