基于 β-酮烯胺修饰的共价有机框架/聚酰亚胺混合基质膜用于高效气体分离
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国家自然科学基金资助项目 ( 51963007 ); 广西自然科学基金资助项目 ( 2021GXNSFAA075016, 2020GXNSFAA159009,2020GXNSFAA159006);广西科技计划项目(GuikeAD25069100)


Covalent Organic Framework/Polyimide Mixed Matrix Membrane Modified by β-Ketoenamine for Efficient Gas Separation
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    摘要:

    混合基质膜(MMMs)兼具聚合物的优异加工性和多孔填料的高选择性,在气体分离领域具有重要应用前景。然而填料与基体间的界面相容性差及填料聚集问题限制了其进一步应用。 文中以 β-酮烯胺修饰的共价有机框架材料(TpBD)为填料,聚酰亚胺(6FDA-ODA)为基体树脂,构建了一系列高性能 MMMs。 基于 TpBD 与 6FDA-ODA 之间的氢键效应,MMMs 具有良好的热稳定性(玻璃化转变温度(Tg)为 295~ 305 ℃,T5% 为 499~ 503 ℃,T10% 为 530~ 534 ℃)和力学性能(拉伸强度为 49~ 68 MPa,断裂伸长率为 6.35% ~ 9.12% )。 其中 5% TpBD/ 6FDA-ODA 膜呈现出卓越的气体分离性能,CO2 渗透性达 21.48 barrer,CO2 / N2 选择性为 24.13,较纯 6FDA-ODA 膜分别提升了 79% 和 20% ,实现了渗透性与选择性的协同优化。

    Abstract:

    Mixed matrix membranes (MMMs) combine the excellent processability of polymers and the high selectivity of porous fillers, which have important application prospects in the field of gas separation. However, the poor interfacial compatibility between fillers and matrix and filler aggregation problems have limited their further applications. In this study, a series of high-performance MMMs were successfully constructed using βketoallylamine-modified covalent organic framework materials (TpBD) as fillers and 6FDA-ODA polyimide as matrix resin. Based on the hydrogen bonding effect between TpBD and 6FDA-ODA, the MMMs show good thermal stability (glass transition temperature (Tg) of 295 ~ 305 ℃, T5% of 499 ~ 503 ℃, T10% of 530 ~ 534 ℃) and mechanical properties (tensile strength of 49~68 MPa, elongation at break of 6.35% ~9.12% ). Among them, the 5% TpBD / 6FDA-ODA membrane exhibits excellent gas separation performance with CO2 permeability of 21. 48 barrer and CO2 / N2 selectivity of 24.13, which are 79% and 20% higher than those of the pure 6FDA-ODA membrane, respectively, and the synergistic optimization of permeability and selectivity is achieved. This study provides a new idea for the development of MMMs with both high stability and efficient separation performance.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

梁芷晴, 李向凯, 韦修源, 刘中迎, 刘婵娟, 黄孝华.基于 β-酮烯胺修饰的共价有机框架/聚酰亚胺混合基质膜用于高效气体分离[J].高分子材料科学与工程,2026,42(4):159-168. Zhiqing Liang, Xiangkai Li, Xiuyuan Wei, Zhongying Liu, Chanjuan Liu, Xiaohua Huang. Covalent Organic Framework/Polyimide Mixed Matrix Membrane Modified by β-Ketoenamine for Efficient Gas Separation[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(4):159-168.

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