基于膜的气体分离过程在工业应用中发挥着越来越重要的作用，它们比蒸馏、吸附或吸收等传统方法对能源的需求更低。目前，在商业气体和蒸汽分离系统中，只有有限数量的聚合物被用作膜材料。尽管许多膜聚合物具有商业用途，但与一些较新开发的材料（如固有微孔率聚合物(PIM)）相比，它们的渗透性和选择性组合并不理想。

近日，阿卜杜拉国王科技大学Ingo Pinnau报道了两种具有本征微孔(PIM-1)和聚三甲基硅基丙炔(PTMSP)的聚合物薄膜中的膨胀和折射率随薄膜密度的变化，以及纯CO₂和CH₄以及它们的等摩尔混合物的吸气率变化情况，结果表明，薄膜的膨胀和折射率随薄膜密度的变化而变化；纯CO₂和CH₄及其等摩尔混合物在PIM-1和PTMSP薄膜中的吸收量。此外，还以一种常规的低自由体积玻璃聚合物三醋酸纤维素为参照物进行了研究。所有实验都是用分压为25 bar的50和500 nm厚的薄膜进行的，使用的是原位干涉增强椭圆偏振光谱仪。

文章要点

1）在所有情况下，薄膜厚度的减小都促进了冻结自由体积的崩溃。特别是对于PIM-1和PTMSP薄膜，CO₂和CH₄的纯气体吸收率普遍低于块体样品中的CO₂和CH₄纯气体吸收率。在超薄50 nm PTMSP膜的最极端情况下，可以发现与橡胶聚合物的渗透偏摩尔体积和膨胀非常相似的定性行为。值得注意的是，在PIM-1中，冻结的自由体积的崩溃似乎与其超微孔（<7 Å）相反，而在具有较大微孔（>10 Å）的PTMSP中则不是这样。

2）在混合气体实验中，所有被研究薄膜的折射率响应与纯气体吸附CO₂过程中观察到的趋势非常接近。在两个厚度范围和整个压力范围内，样品在多组分环境中的膨胀小于相应的理想纯气体条件下的膨胀。这一现象与文献报道的PIM-1和PTMSP块体薄膜的纯气体吸收行为和混合气体吸收行为是一致的。

Wojciech Ogieglo, et al, CO₂/CH₄ Pure and Mixed Gas Dilation and Sorption in Thin (∼500nm) and Ultrathin (∼50 nm) Polymers of Intrinsic Microporosity, Macromolecules, 2020

DOI：10.1021/acs.macromol.0c01163

https://dx.doi.org/10.1021/acs.macromol.0c01163