In-situ crosslinking of Tröger's base polymer onto a 3D Tröger's base-bridged porous network as gas separation membranes

多孔性 基础(拓扑) 原位 气体分离 化学工程 聚合物 材料科学 高分子化学 化学 复合材料 有机化学 工程类 生物化学 数学 数学分析
作者
Zhuoyi Huang,Junbo Yue,Shuzheng Sun,Feichao Wu,Jingde Li,Gang Li,Nanwen Li,Yanqin Yang
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:338: 126561-126561 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.126561
摘要

The typical procedure used to fabricate mixed matrix membranes (MMMs), where the pre-obtained filler and polymer are simply mixed together before casting, often suffers from limited polymer-filler adhesion. Herein, we prepare a series of novel MMMs with improved interfacial compatibility by preparing the matrix (Tröger’s base polymer, TB) and the filler (three-dimensional Tröger’s base-bridged porous network, 3D-TB) under the same reaction system, where in-situ crosslinking reaction between them happens simultaneously. Thanks to the excellent interfacial miscibility, the as-developed 10 wt%_3D-TB@TB membrane shows the tensile strength and elongation stain at break of 65.4 MPa and 10.12 %, respectively, which are higher than those of its counterpart synthesized by conventional procedure (55.82 MPa and 7.05 %, respectively). More importantly, both the gas permeability and selectivity of the in-situ crosslinked MMMs show an obvious improvement involving CO2/N2, CO2/CH4, and O2/N2 separation. Specifically, for O2/N2 binary gas separation, the 10 wt%_3D-TB@TB membrane displayed a O2 permeability of 53.2 Barrers and O2/N2 selectivity of 6.1, which are improved by 72 % and 45 % in comparison to the unfilled membrane, overcoming the 2008 Robson upper bound. Moreover, the physical aging of the in-situ crosslinked MMMs is also effectively controlled. These results demonstrate that the in-situ polymerization and crosslinking is an outstanding approach for the construction of defect-free MMMs with enhanced gas separation performances.
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