Surface modification of ZIF‐90 with triptycene for enhanced interfacial interaction in mixed‐matrix membranes for gas separation

三联烯 聚酰亚胺 材料科学 化学工程 高分子化学 气体分离 嫁接 表面改性 纳米颗粒 纳米复合材料 聚合物 复合材料 化学 纳米技术 生物化学 工程类 图层(电子)
作者
Qinnan Zhang,Shuangjiang Luo,Jennifer Weidman,Ruilan Guo
出处
期刊:Journal of polymer science [Wiley]
卷期号:58 (18): 2675-2687 被引量:16
标识
DOI:10.1002/pol.20200123
摘要

Abstract Zeolite imidazole framework (ZIF‐90) nanoparticles were chemically modified by grafting triptycene moieties. The modified nanoparticles were introduced into a triptycene‐based polyimide as fillers to generate mixed matrix membranes (MMMs) for gas separation. The incorporation of “hook‐like” triptycene moieties in both dispersed and continuous phases led to intimate contact between the two phases and thus defect‐free interfacial morphology, due to the supramolecular interlocking and π–π stacking interaction between triptycene units presented in both phases. The filler/polymer solution showed shear thickening behavior due to such strong interfacial interaction. The separation performance of the prepared composite membranes was investigated as a function of filler loading and particle surface grafting density. Pure‐gas permeation results showed that the gas permeabilities increased expectedly as the filler loading increased, with stable or improved selectivities. The reduced permeability relative to pristine polyimide film is likely due to the pore blockage of ZIF‐90 upon grafting triptycene moieties on the particle surface. Reducing the grafting density of triptycene moieties led to improved permeability and selectivity suggesting good tunability of this series of new composite membranes. Overall, modification of nanofiller with hierarchical triptycene moieties offers a fundamentally new avenue for creation of composite membranes with unique properties in gas separations.
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