High Selectivity Gas Separation by Interfacial Diffusion Membranes

渗透 聚醚酰亚胺 无定形固体 材料科学 选择性 化学工程 气体分离 扩散 聚合物 结晶学 渗透 复合材料 有机化学 化学 热力学 催化作用 生物化学 物理 工程类
作者
David Wang,Ralph A. Bauer,Kelan Yan,J.A. Mergos,Zi Yang,Yi Zhou,H. Verweij
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:6 (1) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/admi.201801273
摘要

Abstract A new generation of inorganic/organic polymeric interfacial diffusion membranes is presented that have unprecedented combinations of high selectivity and flux. The membranes consist of an inorganic scaffold, with pores that are filled with a thermoplastic polymer that crystallizes in the pore space while a nm thin interfacial area remains amorphous. The polyetherimide, present on top of the α‐Al 2 O 3 scaffold as a 3.9 µm amorphous layer, and inside the near‐surface area of the scaffold over ≈130 nm, is partly crystallized. Combinations of extremely high gas selectivities are found of >2200 for CO 2 /N 2 and >4000 for H 2 /N 2 , combined with CO 2 and H 2 permeances of 2.2 × 10 −10 and 4.0 × 10 −10 [mol (m 2 Pa s) −1 ], respectively. For CO 2 (5–50%) and N 2 dry and water‐saturated gas mixtures, only CO 2 permeance is detected. The presence of water appears to affect CO 2 permeances very little at both 22 and 57 °C. Selective molecular transport is blocked in the crystalline areas and takes place exclusively in the amorphous interfacial area. It is governed by a combination of affinity, mobility, and size‐exclusion. Conservative estimates of the membrane permeability indicate that their properties by far exceed the Robeson boundary.

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