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  天津科技大學(xué)、生物源纖維制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的程博聞教授團(tuán)隊(duì)近期于Journal of Membrane Science期刊發(fā)表題目為Fine-tuning gas separation performance of copolymer polyimide by the regulation of local microstructure（通過局部微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控優(yōu)化共聚聚酰亞胺氣體分離性能）的文章。Journal of Membrane Science是膜分離領(lǐng)域的頂級(jí)期刊，最新影響因子為8.4。該文章第一作者為碩士生黃雨節(jié)，共同第一作者為講師李凱華，通訊作者為程博聞教授和楊磊鑫副教授。

【研究亮點(diǎn)】

• 設(shè)計(jì)了一種具有局部不可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的共聚聚酰亞胺膜。
• 醚氧基團(tuán)的存在抑制了聯(lián)苯單元微觀結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)。
• 醚氧基團(tuán)抑制了鏈的致密堆積，增加了聚酰亞胺的自由體積元素（FVE）。
• 優(yōu)化后的6FD/C(1:1)-SBI和6FD/C(1:3)-SBI膜在CO?/CH?和H?/CH?分離性能上超越了2008年Robeson上限。

  從現(xiàn)有化石燃料發(fā)電廠中捕獲二氧化碳（CO₂）對(duì)減少碳排放和實(shí)現(xiàn)碳中和起著至關(guān)重要的作用。膜分離技術(shù)因其能源效率高、操作簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性強(qiáng)和設(shè)計(jì)緊湊，已成為蒸餾和吸收等傳統(tǒng)方法的一種有前途的替代方法。聚合物的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物鏈段的堆積方式具有重要影響，從而決定了膜的分離性能。然而，目前關(guān)于聚合物微觀結(jié)構(gòu)對(duì)分離性能影響的研究仍然有限。本研究設(shè)計(jì)了分別含有和不含醚氧基團(tuán)的二胺基單體（6FCDA和6FDA），以調(diào)控共聚聚酰亞胺（PIs）的局部微觀結(jié)構(gòu)（記為6FD/C(1:0, 3:1, 1:1, 1:3, 和0:1)-SBI），并闡明微孔有機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。研究結(jié)果表明，隨著醚氧基團(tuán)含量的增加，共聚聚酰亞胺的氣體滲透性呈比例提高。具體而言，由于醚氧基在穩(wěn)定局部微觀結(jié)構(gòu)、限制鏈段旋轉(zhuǎn)和緊密堆積、增加自由體積單元（FVEs）方面的作用，6FD/C(0:1)-SBI的氣體滲透性相比6FD/C(1:0)-SBI提高了約500%。相反，不含醚氧基團(tuán)的6FDA通過更緊密的堆積和更小的鏈間距，表現(xiàn)出更高的氣體選擇性。通過結(jié)合兩種單體的優(yōu)勢(shì)，共聚聚酰亞胺在滲透性和選擇性方面實(shí)現(xiàn)了同步提升。特別是，優(yōu)化后的6FD/C(1:1)-SBI和6FD/C(1:3)-SBI膜在CO?/CH?和H?/CH?分離性能上超越了2008年Robeson上限。這些研究成果為微孔聚合物膜的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了新的見解，并為設(shè)計(jì)具有可調(diào)結(jié)構(gòu)的先進(jìn)膜材料提出了策略。

圖 . 6FD/C-SBI 共聚聚酰亞胺的 H₂/CH₄ (a) 和 CO₂/CH₄ (b) 分離性能；基于 SBI 的共聚聚酰亞胺的純氣滲透性能 (c) 和理想選擇性 (d)。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037673882500002X

作者簡(jiǎn)介

黃雨節(jié)（碩士）

工作單位： 天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院

通訊郵件： Yu1666076575@126.com

李凱華（講師）

工作單位： 天津科技大學(xué)紡織材料與化工學(xué)院

通訊郵件：Likh_199109@163.com

通訊作者:

楊磊鑫（副教授）

工作單位： 天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院

通訊郵件：Leixinyang@tust.edu.cn

程博聞（教授）

工作單位： 天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院

通訊郵件： bowenc17@tust.edu.cn