The influence of debromination and TR on the microstructure and properties of CMSMs

碳化 巴勒 气体分离 热解 拉曼光谱 圆周率 化学 材料科学 微型多孔材料 化学工程 高分子化学 有机化学 工程类 吸附 生物化学 物理 光学
作者
Luxin Sun,Jiachen Chu,Hongfen Zuo,Mengtao Wang,Congcong Wu,Aqib Riaz,Lingyu Liu,Wei Guo,Jianxin Li,Xiaohua Ma
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:352: 128167-128167 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.128167
摘要

One unique challenging in achieving advanced carbon molecular sieve membranes (CMSMs) is tailoring their gas separation properties from the precursor. To clarify this, we designed two homo-polyimides with a bromine (PI-Br) and a hydroxyl (PI-OH) groups in the ortho position of imide group, and carbonized them into CMSMs at 550 °C (PI-Br-550 and PI-OH-550). There are debromination (510 °C) and carbonization occurred for PI-Br-550 whereas the PI-OH underwent thermally rearrangement (TR, 450 °C) and then pyrolysis to CMSM. After carbonization, both CMSMs showed excellent gas separation properties, with their CO2/CH4 separation performance surpassed the latest 2019 pure-gas and 2018 mixed-gas trade-off curves, additionally, the PI-Br-550 demonstrated a relatively smaller CO2 permeability (12462 vs 14,253 Barrer), lower PCO2 increment ratio (199 vs 1480), and less CO2/CH4 dropping ratio (69.7 to 45.5 vs 87.5 to 36.1) than the PI-OH-550 from their precursors. Their XPS, Raman, and WXRD characterization results indicated that debromination boosts the gas separation performance of CMSM by creating more ultra-micropore "plate" (pyrrolic-N of 36.0 % vs 19.0 %) and smaller d-spacing (3.89 vs 4.15 Å) than the TR precursor, which boosts the permeability of CMSM is due to the high stability of PBO intermediates that retarded the decomposition of the polymer main chian and caused some big pores. The above results provided a good route to get highly efficient CMSM by molecular designing of their precursors.
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