A defects-free ZIF-90/6FDA-Durene membrane based on the hydrogen bonding/covalent bonding interaction for gas separation

杜伦 巴勒 选择性 共价键 氢键 化学工程 胺气处理 聚合物 纳米颗粒 化学 共价有机骨架 高分子化学 材料科学 气体分离 有机化学 纳米技术 分子 催化作用 工程类 生物化学
作者
Guozhen Li,Zhihao Si,Shuai Yang,Yan Zhuang,Siyu Pang,Yuhui Cui,Jan Baeyens,Peiyong Qin
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:661: 120910-120910 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120910
摘要

Mixed-matrix membranes (MMMs), consisting of nanoparticles and a polymeric matrix, have been proven high-efficiency separation media for gas separations. The interface engineering between the particles and polymeric matrixes is the key-point for MMMs to display an excellent separation performance. Herein, an amine modified ZIF-90 (ZIF-90-NH2) is dispersed in 6FDA-Durene to prepare MMMs, the modified amino groups can form the hydrogen bonding with 6FDA-Durene to enhance the compatibility of ZIF-90-NH2 and 6FDA-Durene. A 45 wt% ZIF-90-NH2/6FDA-Durene MMM demonstrated a high separation performance, surpassing the 2008 Robeson permeability-selectivity upper bounds. This satisfactory gas separation performance can be due to the intimate interactions between the 6FDA-Durene polymer and ZIF-90-NH2 nanoparticles via abundant hydrogen bonding. Furthermore, the covalent linkage of ZIF-90-NH2 with 6FDA-Durene can be driven by the tris(2-aminoethyl) amine (TAEA) vapor thermal modification method to realize the ring opening reaction, which further enhances the particles-polymer connection in the ZIF-90-NH2/6FDA-Durene-TAEA MMMs. Results show that the 45 wt% ZIF-90-NH2/6FDA-Durene-TAEA MMM exhibits a remarkably enhanced H2 permeability of 487.0 Barrer with a H2/CO2 selectivity of 35.8, which is 6.8 times higher than that of ZIF-90/6FDA-Durene-TAEA MMM. This strategy offers new prospects for membrane materials and opens a new way for the precise interface engineering of MMMs, and the resulting high performance for energy-efficient gas separations.
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