研究目的
评估g-C3N4的质子化、羟胺化和肼化对Matrimid?/g-C3N4混合基质膜在CO2/CH4和O2/N2分离中的气体分离性能的影响。
研究成果
化学改性的g-C3N4填料（尤其是质子化和羟胺化版本）显著提升了Matrimid?膜的气体分离性能，使CO2/CH4选择性提高达52.2%，O2/N2选择性提高26.3%。这些改性增强了界面相互作用和热稳定性，表明其在气体分离膜技术领域具有应用前景。
研究不足
该研究采用低填料负载量（0.5 wt%和2 wt%）以避免不均匀性和机械不稳定性；更高负载量会导致团聚。肼化处理显示出较低的增强效果，且由于剂量较低，某些改性（如N–OH基团）在FTIR中未被清晰检测到。本研究仅限于实验室规模的膜材料及特定气体对（CO2/CH4和O2/N2）。
1：实验设计与方法选择：
研究涉及合成并改性g-C3N4填料（质子化、氧等离子体处理、肼化），将其掺入Matrimid?基体形成混合基质膜(MMMs)。方法包括热氧化、超声处理、等离子体处理和膜铸法。
2：样品选择与数据来源：
所用材料为Matrimid? 5218聚合物、三聚氰胺氰尿酸盐、DMAc溶剂、水合肼和HCl。样品制备的填料负载量为0.5 wt%和2 wt%。
3：5 wt%和2 wt%。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括Vycor?玻璃瓶、Branson Sonifier 450超声波仪、Harrick Plasma PDC-002装置、Thermo Scientific Nicolet iS50傅里叶变换红外光谱仪、FEI QUANTA 200F场发射扫描电镜、Mettler Toledo DMA/SDTA 861热重分析仪、Fischer Dualscope MP0R测厚仪，以及用于气体分离测试的等容渗透系统。材料来自Sigma-Aldrich和Ferro-plast S.r.l.。
4：实验流程与操作步骤：
通过热氧化合成g-C3N4，进行改性处理（HCl质子化、氧等离子体处理、肼化），采用溶剂蒸发和热处理的铸膜法制备MMMs，通过FTIR、SEM、TG表征及35°C、3 bar进料压力下的气体渗透测试。
5：数据分析方法：
渗透率采用公式(1)计算，选择性采用公式(2)计算；数据取多组样品平均值并进行变异性分析。
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获取完整内容-
FTIR Spectrometer
Nicolet iS50
Thermo Scientific
Vibrational characterization of samples using Fourier-Transform Infrared spectroscopy.
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FESEM
QUANTA 200F
FEI
Morphology examination of samples using field emission scanning electron microscopy.
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Matrimid 5218
5218
Huntsman Chemical
Polymer matrix for mixed matrix membranes in gas separation applications.
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Sonifier
450
Branson
Ultrasonic treatment for sample preparation and dispersion.
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Plasma Apparatus
PDC-002
Harrick Plasma
Oxygen plasma treatment for surface modification of g-C3N4.
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TG Analyzer
DMA/SDTA 861
Mettler Toledo
Thermogravimetric analysis for determining thermal stability of materials.
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Thickness Gauge
Dualscope MP0R
Fischer
Measurement of membrane thickness.
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Permeation System
Isochoric system for measuring gas permeability and selectivity of membranes.
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