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天津科大程博聞/楊磊鑫、天工大馬小華 J. Membrane Sci.:自聚微孔聚酰亞胺溴代同時提升氣體分離及抗老化性能
2023-09-17  來源:高分子科技
  天津科技大學(xué)程博聞教授團隊近期于Journal of Membrane Science期刊(2023,687122081)發(fā)表題目為Simultaneously enhanced gas separation and anti-aging performance of intrinsic microporous polyimide by dibromo substitution的文章。該文章第一作者為趙偉博士,通訊作者為楊磊鑫、馬小華程博聞。



研究亮點
  • 設(shè)計合成出兩種新型含溴的異構(gòu)型自聚微孔型聚酰亞胺。
  • BBPI表現(xiàn)出較高452 m2 g-1的比表面積,且滲透性能提升約50%。
  • 溴基取代限制了聚合物鏈旋轉(zhuǎn),減緩了老化速度;經(jīng)過250天的老化,BBPI的滲透率仍保持有~70%。
  • 與原始的BAPI相比,BBPI表現(xiàn)出高滲透性和良好的抗老化性。

  物理老化是阻礙高性能本征微孔聚酰亞胺(PIM-PI)實際氣體分離應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)。在此,他們通過精確的分子設(shè)計,將溴引入到PIM-PI鏈中,以提高其分離性能和抗老化性能。為了闡明PIM-PI中溴基團的作用,兩種芴基二胺異構(gòu)體單體9,9-(3--4-氨基苯基)-芴(BBAPF)、2,7-二溴-9 ,9-(4-氨基苯基)-芴(DBBAPF)及其相應(yīng)的PIM-PIBAPIBBPI、DBPI)被成功合成。與原始BAPI膜相比,BBPI的滲透性提高了約50%,這可歸因于氨基附近的溴基團抑制了鏈致密化堆積并提供了更多的自由體積元素(FVE)。此外,溴基取代基團增加了聚合物的鏈剛性并阻礙鏈旋轉(zhuǎn),減緩了老化過程中自由體積分?jǐn)?shù)(FFV)的釋放。特別是,250天后BBPI的滲透性仍保持有~70%,而選擇性略有增加;而原始BAPI僅剩~50%的滲透性(N2CH4)。該研究結(jié)果為設(shè)計具有高滲透性和抗老化性能的微孔聚合物材料并滿足其在氣體分離的實際應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。 


圖1. BAPI、BBPI和DBPI的詳細(xì)合成過程和3D結(jié)構(gòu)以及250天物理老化前后的透氣性能
 

圖2. BAPI、BBPIDBPI物理老化250天前后氣體滲透性能的變化:(a) N2,(b) O2(c) CH4,(d) CO2

 

  原文鏈接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738823007378


作者簡介


第一作者:


 趙偉 博士研究生


  天津科技大學(xué)在讀博士研究生,研究方向氣體分離膜,主要通過調(diào)控聚酰亞胺結(jié)構(gòu)探究與其性能間的“構(gòu)效關(guān)系”關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上研究相應(yīng)碳膜氣體分離性能。


通訊作者:



楊磊鑫 副教授 (Leixinyang@tust.edu.cn)


  天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,副教授。長期從事高性能氣體分離膜、固態(tài)電解質(zhì)/隔膜及負(fù)極保護層的相關(guān)工作。迄今為止以第一作者或通訊作者在Chem. Soc. Rev., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, J. Membr. Sci., J. Mater. Chem. A等期刊發(fā)表多篇論文,主持國家自然科學(xué)基金青年項目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)面上項目、博士后面上項目等5項科研項目。



馬小華 研究員 (xhuama@tiangong.edu.cn)


  天津工業(yè)大學(xué)膜國家重點實驗室/材料科學(xué)與工程學(xué)院,研究員。主要從事有機高性能高分子膜材料的研究,包括膜材料的分子設(shè)計、聚合物以及膜材料的制備和氣體分離性能表征等。迄今為止以第一作者或通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eng. J., J. Membr. Sci., J. Mater. Chem. A等期刊發(fā)表多篇論文,主持國家自然科學(xué)基金面上/青年項目、天津市青年人才項目、天津市科技計劃項目等6項科研項目。



程博聞 教授 (bowenc15@tust.edu.cn)


  天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,教授;物源纖維制造技術(shù)國家重點實驗室主任、中國紡織工程學(xué)會副理事長、中國纖維素行業(yè)協(xié)會技術(shù)委員會副主任、《紡織學(xué)報》編輯委員會副主任、天津泰達(dá)新材料研究院院長;長期從事輕紡新材料的研究與開發(fā)工作,承擔(dān)完成了國家科技支撐、973、863、國家自然基金、中央軍委科技委、國防科工局項目和重大橫向項目40余項;主編教材4部,參編教材或著作5部;發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇,授權(quán)發(fā)明專利120余項。

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