Nanoparticles Embedded in Amphiphilic Membranes for Carbon Dioxide Separation and Dehumidification

渗透 材料科学 化学工程 两亲性 选择性 渗透 气体分离 共聚物 高分子化学 纳米颗粒 聚合物 石墨烯 环氧乙烷 有机化学 化学 纳米技术 复合材料 催化作用 工程类 生物化学
作者
Wai Fen Yong,Yan Xun Ho,Tai‐Shung Chung
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:10 (20): 4046-4055 被引量:39
标识
DOI:10.1002/cssc.201701405
摘要

Abstract Polymers containing ethylene oxide (EO) groups have gained significant interest as the EO groups have favorable interactions with polar molecules such as H 2 O, quadrupolar molecules such as CO 2 , and metal ions. However, the main challenges of poly(ethylene oxide) (PEO) membranes are their weak mechanical properties and high crystallinity nature. The amphiphilic copolymer made from PEO terephthalate and poly(butylene terephthalate) (PEOT/PBT) comprises both hydrophilic and hydrophobic segments. The hydrophilic PEOT segment is thermosensitive, which facilities gas transports whereas the hydrophobic PBT segment is rigid, which provides mechanical robustness. This work demonstrates a new strategy to design amphiphilic mixed matrix membranes (MMMs) by incorporating zeolitic imidazolate framework, ZIF‐71, into the PEOT/PBT copolymer. The resultant membrane shows an enhanced CO 2 permeability with an ideal CO 2 /N 2 selectivity surpassing the original PEOT/PBT and Robeson's Upper bound line. The nanoparticles‐embedded amphiphilic membranes exhibit characteristics of high transparency and mechanical robustness. Mechanically strong composite hollow fiber membranes consisting of PEOT/PBT/ZIF‐71 as the selective layer were also prepared. The resultant hollow fibers possess an excellent CO 2 permeance of 131 GPU (gas permeation units), CO 2 /N 2 selectivity of 52.6, H 2 O permeance of 9300 GPU and H 2 O/N 2 selectivity of 3700, showing great potential for industrial CO 2 capture and dehumidification.

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