多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离

龚金华 王臣辉 卞子君 阳立 胡军 刘洪来

引用本文: 龚金华, 王臣辉, 卞子君, 阳立, 胡军, 刘洪来. 多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离[J]. 物理化学学报, 2015, 31(10): 1963-1970. doi: 10.3866/PKU.WHXB201508282 shu
Citation:  NG Jin-Hua, WANG Chen-Hui, BIAN Zi-Jun, YANG Li, HU Jun, LIU Hong-Lai. Asymmetric Polyimide Mixed Matrix Membranes with Porous Materials-Modified Surfaces for CO2/N2 and CO2/CH4 Separations[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(10): 1963-1970. doi: 10.3866/PKU.WHXB201508282 shu

多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离

  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展规划项目(973) (2013CB733501) (973) (2013CB733501)

    国家自然科学基金项目(91334203, 21376074)资助 (91334203, 21376074)

摘要:

兼具高通量和高选择性的气体分离膜是研究膜分离材料的目标. 采用相转化法制备了聚酰亚胺非对称膜, 并将其作为基底膜材料, 分别在其表面修饰掺有金属有机框架材料Cu3(BTC)2 (1,3,5-均苯三甲酸合铜), 沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8以及镁铝水滑石MgAl-LDHs的聚酰胺酸溶液, 经热亚胺化后制成非对称混合基质膜.研究了该系列非对称混合基质膜的结构特性和对CO2、CH4和N2气体分离性能; 考察了ZIF-8的掺杂量对非对称混合基质膜透气性能的影响. 结果表明非对称聚酰亚胺膜的表面修饰可有效地改变膜的表面性质, 掺杂ZIF-8的非对称混合基质膜气体的透气性能和选择性都增加, 且掺杂量为5% (w)时CO2/N2和CO2/CH4的理想选择性分别高达24和83, 为合成高效的CO2分离膜提供了借鉴.

English

    1. [1]

      (1) Chen, X. Y.; Vinh-Thang, H.; Ramirez, A. A.; Rodrigue, D. RSC Adv. 2015, 5 (31), 24399. doi: 10.1039/C5RA00666J

      (1) Chen, X. Y.; Vinh-Thang, H.; Ramirez, A. A.; Rodrigue, D. RSC Adv. 2015, 5 (31), 24399. doi: 10.1039/C5RA00666J

    2. [2]

      (2) Nunes, S. P.; Peinemann, K. V. Gas Separation with Membranes, 1st ed.; Wiley-VCH: Weinheim, 2001; pp 39-67.(2) Nunes, S. P.; Peinemann, K. V. Gas Separation with Membranes, 1st ed.; Wiley-VCH: Weinheim, 2001; pp 39-67.

    3. [3]

      (3) Hara, N.; Yoshimune, M.; Negishi, H.; Hara, S. J. Membr. Sci. 2014, 450, 215. doi: 10.1016/j.memsci.2013.09.012(3) Hara, N.; Yoshimune, M.; Negishi, H.; Hara, S. J. Membr. Sci. 2014, 450, 215. doi: 10.1016/j.memsci.2013.09.012

    4. [4]

      (4) Cao, L. J.; Tao, K.; Huang, A. S.; Kong, C. L.; Chen, L. Chem. Commun. 2013, 49 (76), 8513. doi: 10.1039/c3cc44530e(4) Cao, L. J.; Tao, K.; Huang, A. S.; Kong, C. L.; Chen, L. Chem. Commun. 2013, 49 (76), 8513. doi: 10.1039/c3cc44530e

    5. [5]

      (5) Nguyen, P. T.; Voss, B. A.; Wiesenauer, E. F.; Gin, D. L.; Noble, R. D. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 52 (26), 8812.(5) Nguyen, P. T.; Voss, B. A.; Wiesenauer, E. F.; Gin, D. L.; Noble, R. D. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 52 (26), 8812.

    6. [6]

      (6) Chen, H. R.; Chang, R. R.; Li, L.; Yuan, W. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (1), 241. [陈华荣, 常然然, 李莉, 袁文辉. 物理化学学报, 2011, 27 (1), 241.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110119(6) Chen, H. R.; Chang, R. R.; Li, L.; Yuan, W. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (1), 241. [陈华荣, 常然然, 李莉, 袁文辉. 物理化学学报, 2011, 27 (1), 241.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110119

    7. [7]

      (7) Huang, A.; Wang, N.; Kong, C.; Caro, J. Angew. Chem. -Int. Edit. 2012, 51 (42), 10551. doi: 10.1002/anie.201204621(7) Huang, A.; Wang, N.; Kong, C.; Caro, J. Angew. Chem. -Int. Edit. 2012, 51 (42), 10551. doi: 10.1002/anie.201204621

    8. [8]

      (8) Venna, S. R.; Carreon, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 132 (1), 76.(8) Venna, S. R.; Carreon, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 132 (1), 76.

    9. [9]

      (9) Ni, Z. M.; Xu, Q.; Pan, G. X.; Mao, J. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25 (4), 792. [倪哲明, 胥倩, 潘国祥, 毛江洪. 物理化学学报, 2009, 25 (4), 792.] doi:10.3866/PKU.WHXB20090420(9) Ni, Z. M.; Xu, Q.; Pan, G. X.; Mao, J. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25 (4), 792. [倪哲明, 胥倩, 潘国祥, 毛江洪. 物理化学学报, 2009, 25 (4), 792.] doi:10.3866/PKU.WHXB20090420

    10. [10]

      (10) Liu, Y.; Pan, J. H.; Wang, N. Y.; Steinbach, F.; Liu, X. L.; Caro, J. J. Angew. Chem. -Int. Edit. 2015, 54 (10), 3028. doi: 10.1002/anie.201411550(10) Liu, Y.; Pan, J. H.; Wang, N. Y.; Steinbach, F.; Liu, X. L.; Caro, J. J. Angew. Chem. -Int. Edit. 2015, 54 (10), 3028. doi: 10.1002/anie.201411550

    11. [11]

      (11) Liang, Y.; Lu, Y.; Yao, W. S.; Zhang, X. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (6), 1179. [梁祎, 卢赟, 姚维尚, 张学同. 物理化学学报, 2015, 31 (6), 1179.] doi:10.3866/PKU.WHXB201504146(11) Liang, Y.; Lu, Y.; Yao, W. S.; Zhang, X. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (6), 1179. [梁祎, 卢赟, 姚维尚, 张学同. 物理化学学报, 2015, 31 (6), 1179.] doi:10.3866/PKU.WHXB201504146

    12. [12]

      (12) Jie, X. M.; Duan, C. J.; Wang, L. A.; Jiang, C.; Zheng, H.; Liu, J. H.; Liu, D. D.; Cao, Y. M.; Yuan, Q. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53 (11), 4442. doi: 10.1021/ie404198m(12) Jie, X. M.; Duan, C. J.; Wang, L. A.; Jiang, C.; Zheng, H.; Liu, J. H.; Liu, D. D.; Cao, Y. M.; Yuan, Q. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53 (11), 4442. doi: 10.1021/ie404198m

    13. [13]

      (13) Robeson, L. M. J. Membr. Sci. 1991, 62 (2), 165. doi: 10.1016/0376-7388(91)80060-J(13) Robeson, L. M. J. Membr. Sci. 1991, 62 (2), 165. doi: 10.1016/0376-7388(91)80060-J

    14. [14]

      (14) Robeson, L. M. J. Membr. Sci. 2008, 320 (1-2), 390. doi: 10.1016/j.memsci.2008.04.030(14) Robeson, L. M. J. Membr. Sci. 2008, 320 (1-2), 390. doi: 10.1016/j.memsci.2008.04.030

    15. [15]

      (15) Swaidan, R.; Ma, X.; Litwiller, E.; Pinnau, I. J. Membr. Sci. 2013, 447, 387. doi: 10.1016/j.memsci.2013.07.057(15) Swaidan, R.; Ma, X.; Litwiller, E.; Pinnau, I. J. Membr. Sci. 2013, 447, 387. doi: 10.1016/j.memsci.2013.07.057

    16. [16]

      (16) Ma, Y. H.; Zhao, H. L.; Tang, S. J.; Hu, J.; Liu, H. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (3), 689. [马燕辉, 赵会玲, 唐圣杰, 胡军, 刘洪来. 物理化学学报, 2011, 27 (3), 689.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110335(16) Ma, Y. H.; Zhao, H. L.; Tang, S. J.; Hu, J.; Liu, H. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (3), 689. [马燕辉, 赵会玲, 唐圣杰, 胡军, 刘洪来. 物理化学学报, 2011, 27 (3), 689.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110335

    17. [17]

      (17) Defontaine, G.; Barichard, A.; Letaief, S.; Feng, C. Y.; Matsuura, T.; Detellier, C. J. Colloid Interface Sci. 2010, 343 (2), 622. doi: 10.1016/j.jcis.2009.11.048(17) Defontaine, G.; Barichard, A.; Letaief, S.; Feng, C. Y.; Matsuura, T.; Detellier, C. J. Colloid Interface Sci. 2010, 343 (2), 622. doi: 10.1016/j.jcis.2009.11.048

    18. [18]

      (18) Ning, X.; Koros, W. J. Carbon 2014, 66, 511. doi: 10.1016/j.carbon.2013.09.028(18) Ning, X.; Koros, W. J. Carbon 2014, 66, 511. doi: 10.1016/j.carbon.2013.09.028

    19. [19]

      (19) Rahman, M. M.; Shishatskiy, S.; Abetz, C. J. Membr. Sci. 2014, 469, 344. doi: 10.1016/j.memsci.2014.06.048(19) Rahman, M. M.; Shishatskiy, S.; Abetz, C. J. Membr. Sci. 2014, 469, 344. doi: 10.1016/j.memsci.2014.06.048

    20. [20]

      (20) Xu, H.; Tong, M. M.; Wu, D.; Xiao, G.; Yang, Q. Y.; Liu, D. H.; Zhong, C. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (1), 41. [许红, 童敏曼, 吴栋, 肖刚, 阳庆元, 刘大欢, 仲崇立. 物理化学学报, 2015, 31 (1), 41.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201411132(20) Xu, H.; Tong, M. M.; Wu, D.; Xiao, G.; Yang, Q. Y.; Liu, D. H.; Zhong, C. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (1), 41. [许红, 童敏曼, 吴栋, 肖刚, 阳庆元, 刘大欢, 仲崇立. 物理化学学报, 2015, 31 (1), 41.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201411132

    21. [21]

      (21) Bae, T. H.; Lee, J. S. Angew. Chem. -Int. Edit. 2010, 49 (51), 9863. doi: 10.1002/anie.v49.51(21) Bae, T. H.; Lee, J. S. Angew. Chem. -Int. Edit. 2010, 49 (51), 9863. doi: 10.1002/anie.v49.51

    22. [22]

      (22) Zhang, C.; Dai, Y.; Johnson, J. R. J. Membr. Sci. 2012, 389, 34. doi: 10.1016/j.memsci.2011.10.003(22) Zhang, C.; Dai, Y.; Johnson, J. R. J. Membr. Sci. 2012, 389, 34. doi: 10.1016/j.memsci.2011.10.003

    23. [23]

      (23) Bae, T. H.; Long, J. R. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (12), 3565. doi: 10.1039/c3ee42394h(23) Bae, T. H.; Long, J. R. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (12), 3565. doi: 10.1039/c3ee42394h

    24. [24]

      (24) Lü, L.; Wu, G. Q.; Duan, X.; Li, F.; Du, Y. B. Speciality Petrochemicals 2001, 6, 9. [吕亮, 吾国强, 段雪, 李峰, 杜以波. 精细石油化工, 2001, 6, 9.](24) Lü, L.; Wu, G. Q.; Duan, X.; Li, F.; Du, Y. B. Speciality Petrochemicals 2001, 6, 9. [吕亮, 吾国强, 段雪, 李峰, 杜以波. 精细石油化工, 2001, 6, 9.]

    25. [25]

      (25) Zhou, S. Y.; Zou, X. Q.; Sun, F. X.; Zhang, F.; Fan, S. J.; Zhao, H. J.; Schiestel, T.; Zhu, G. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10322. doi: 10.1039/c2jm16371c(25) Zhou, S. Y.; Zou, X. Q.; Sun, F. X.; Zhang, F.; Fan, S. J.; Zhao, H. J.; Schiestel, T.; Zhu, G. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10322. doi: 10.1039/c2jm16371c

    26. [26]

      (26) Cravillon, J.; Münzer, S.; Lohmeier, S. J.; Feldhoff, A.; Huber, K.; Wiebcke, M. Chem. Mater. 2009, 21, 1410. doi: 10.1021/cm900166h(26) Cravillon, J.; Münzer, S.; Lohmeier, S. J.; Feldhoff, A.; Huber, K.; Wiebcke, M. Chem. Mater. 2009, 21, 1410. doi: 10.1021/cm900166h

    27. [27]

      (27) Bux, H.; Liang, F. Y.; Li, Y. S.; Janosch, C.; Michael, W.; Juürgen, C. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16000. doi: 10.1021/ja907359t(27) Bux, H.; Liang, F. Y.; Li, Y. S.; Janosch, C.; Michael, W.; Juürgen, C. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16000. doi: 10.1021/ja907359t

    28. [28]

      (28) Yeny, C. H.; Trevor, K. C.; Andrew, L. L.; Douglas, L. G.; Richard, D. N. J. Membr. Sci. 2011, 370, 141. doi: 10.1016/j.memsci.2011.01.012(28) Yeny, C. H.; Trevor, K. C.; Andrew, L. L.; Douglas, L. G.; Richard, D. N. J. Membr. Sci. 2011, 370, 141. doi: 10.1016/j.memsci.2011.01.012

    29. [29]

      (29) Ahn, J.; Chung, W. J.; In , P.; Michael, D. G. J. Membr. Sci. 2008, 314, 123. doi: 10.1016/j.memsci.2008.01.031(29) Ahn, J.; Chung, W. J.; In , P.; Michael, D. G. J. Membr. Sci. 2008, 314, 123. doi: 10.1016/j.memsci.2008.01.031

    30. [30]

      (30) Sangil, K.; Liang, C.; Johnson, J. K.; Marand, E. J. Membr. Sci. 2007, 294, 147. doi: 10.1016/j.memsci.2007.02.028(30) Sangil, K.; Liang, C.; Johnson, J. K.; Marand, E. J. Membr. Sci. 2007, 294, 147. doi: 10.1016/j.memsci.2007.02.028

    31. [31]

      (31) Song, Q. L.; Nataraj, S. K.; Roussenova, M. V.; Tan, J. C.; Hughes, D. J.; Li, W.; Bour in, P.; Alam, M. A.; Cheetham, A. K.; Al-Muhtaseb, S. A.; Sivaniah, E. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (8), 8359. doi: 10.1039/c2ee21996d(31) Song, Q. L.; Nataraj, S. K.; Roussenova, M. V.; Tan, J. C.; Hughes, D. J.; Li, W.; Bour in, P.; Alam, M. A.; Cheetham, A. K.; Al-Muhtaseb, S. A.; Sivaniah, E. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (8), 8359. doi: 10.1039/c2ee21996d

    32. [32]

      (32) Adams, R. T.; Lee, J. S.; Bae, T. H.; Ward, J. K.; Johnson, J. R.; Jones, C. W.; Nair, S.; Koros, W. J. J. Membr. Sci. 2011, 367, 197. doi: 10.1016/j.memsci.2010.10.059(32) Adams, R. T.; Lee, J. S.; Bae, T. H.; Ward, J. K.; Johnson, J. R.; Jones, C. W.; Nair, S.; Koros, W. J. J. Membr. Sci. 2011, 367, 197. doi: 10.1016/j.memsci.2010.10.059

    33. [33]

      (33) Husain, S.; Koros, W. J. J. Membr. Sci. 2007, 288, 195. doi: 10.1016/j.memsci.2006.11.016(33) Husain, S.; Koros, W. J. J. Membr. Sci. 2007, 288, 195. doi: 10.1016/j.memsci.2006.11.016

    34. [34]

      (34) Li, Y.; Chung, T. S.; Huang, Z.; Kulprathipanja, S. J. Membr. Sci. 2006, 277, 28. doi: 10.1016/j.memsci.2005.10.008(34) Li, Y.; Chung, T. S.; Huang, Z.; Kulprathipanja, S. J. Membr. Sci. 2006, 277, 28. doi: 10.1016/j.memsci.2005.10.008

    35. [35]

      (35) Tania, R.; Marion, V. D.; Elena, G. P.; Pablo, S. C.; Beatriz, Z.; Freek, K.; Jorge, G. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 249. doi: 10.1002/adfm.v24.2(35) Tania, R.; Marion, V. D.; Elena, G. P.; Pablo, S. C.; Beatriz, Z.; Freek, K.; Jorge, G. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 249. doi: 10.1002/adfm.v24.2

    36. [36]

      (36) Khan, A. L.; Klaysom, C.; Gahlaut, A.; Li, X.; Vankelecom, I. F. J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 20057. doi: 10.1039/c2jm34885c(36) Khan, A. L.; Klaysom, C.; Gahlaut, A.; Li, X.; Vankelecom, I. F. J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 20057. doi: 10.1039/c2jm34885c

    37. [37]

      (37) Omid, G. N.; Xiao, Y. C.; Serge, K. J. Membr. Sci. 2012, 413, 48.

      (37) Omid, G. N.; Xiao, Y. C.; Serge, K. J. Membr. Sci. 2012, 413, 48.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  109
  • 文章访问数:  429
  • HTML全文浏览量:  27
文章相关
  • 发布日期:  2015-10-10
  • 收稿日期:  2015-06-12
  • 网络出版日期:  2015-08-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章