由分子筛或金属有机骨架(MOFs)组成的连续微孔膜具有高选择性和高渗透性。在气体分离方面得到了广泛的研究。多孔芳香族骨架材料(PAF)以其优异的稳定性和结构灵活性,适用于广泛的分离。目前,主流的PAF膜通常是用聚合物基体制备而成,但其分散的实体和边界缺陷削弱了其选择性和渗透性。此外,由于PAF的不溶性,连续型PAF膜的合成仍然是一个主要的挑战。
近日,东北师范大学朱广山教授,田宇阳报道了设计并合成了一种带有阳离子骨架的PAF(iPAF-5)。
文章要点
1)研究人员采用表面引发法制备了连续的IPAF-5膜。具有不同反阴离子(如Cl-、Br-或BF4-)的膜被用来分离包括H2、CO2和N2在内的气体。合成的IPAF-5(Cl)膜允许所有气体通过,其连续通道具有合适大小的开口。而用溴(Br-)或四氟硼酸(BF4-)取代氯离子时,由于这两种离子半径都比Cl-大,导致膜的开孔率变小,因此,当N2通过iPAF-5(Br)和iPAF-5(BF4)膜时,其动态直径较大的N2的渗透率明显低于其他较小的气体。从而大大提高了对H2/N2和CO2/N2的选择性。
2)实验结果显示,以Br-为反离子的膜对H2/N2的选择性为72.7%,H2透过率为51844个气体渗透单位(GPU)。当反离子被BF4-取代时,膜的CO2透过率为23058 GPU,CO2/N2的最佳选择性为60。
这项研究表明,具有可调孔径的连续PAF膜在各种气体分离场合具有广阔的应用前景。
参考文献
Yue Ma, et al, Continuous Porous Aromatic Framework Membranes with Modifiable Sites for Optimized Gas Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113682
https://doi.org/10.1002/anie.202113682