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质子化、羟胺化和肼化对g-C3N4在Matrimid?/g-C3N4膜性能中的影响
摘要： 持续改进聚合物膜性能的挑战之一在于开发新型化学改性填料，例如富氮二维纳米材料。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为这类填料的新成员已引起显著关注。已知质子化处理能赋予其理想功能特性，从而为不同应用构建独特结构。本研究通过将质子化g-C3N4掺杂入Matrimid?制备混合基质膜，发现当填料掺杂量为0.5 wt%时，CO2/CH4选择性最高提升36.9%，显著改善了气体分离性能。为进一步增强g-C3N4对复合膜性能的贡献，还尝试采用氧等离子体处理和单水合肼处理作为质子化的替代方案。氧等离子体处理的羟胺化作用使CO2/CH4选择性最高提升52.2%（2 wt%掺杂量时），O2/N2选择性最高提升26.3%（0.5 wt%掺杂量时）。肼化处理对CO2/CH4分离的提升效果较弱，最高仅达11.4%。本研究表明，化学改性的g-C3N4有望作为添加剂用于改良Matrimid?及其他膜材料的表面性能。
关键词： 氮化碳，O2/N2，Matrimid? 5218，CO2/CH4，气体分离，混合基质膜
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于6FDA和芴基二胺的含乙酸酯共聚醚酰亚胺的光学、热学及气体分离性能
摘要： 二胺化合物9,9-双[4-(4-氨基-3-羟基苯氧基)苯基]芴（BAHPPF）通过改良的两步法合成。随后，以BAHPPF、9,9-双(4-氨基苯基)芴（BAF）和2,2'-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐（6FDA）为原料进行共聚反应，再经化学酰亚胺化制备了一系列含乙酸酯基团的共聚醚酰亚胺。采用核磁共振仪（NMR）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TGA）、紫外-可见分光光度计（UV-VIS）及拉伸测试对BAHPPF和共聚醚酰亚胺的结构与性能进行了表征。同时研究了这些共聚醚酰亚胺对H2、O2、N2、CO2和CH4五种代表性气体的单组分渗透性能。实验结果表明：该共聚醚酰亚胺具有优异的光学性能，在450 nm处透光率高于80.2%；玻璃化转变温度均超过333°C；其拉伸强度和杨氏模量随BAHPPF含量降低而升高，断裂伸长率则相应下降。由于乙酸酯基团和柔性醚键的引入，共聚醚酰亚胺表现出较高的气体渗透性，且CO2/CH4理想选择性得到提升。该类材料可应用于光学器件和气体分离领域。
关键词： 气体分离，含乙酸盐，共聚醚酰亚胺，热性能，浅色透明
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过提高聚合物结晶度来增强膜渗透性：聚噻吩的独特案例
摘要： 膜技术领域普遍认为，聚合物膜中的结晶区对液体或气体传输没有贡献。本研究通过合成聚(3-烷基噻吩)类（P3ATs）均聚物和无规共聚物，探究超分子结构对膜气体分离性能的影响。采用KCTCP法聚合单体后，GPC分析显示聚合物具有窄分散性。DSC分析表明，与共聚物不同，均聚物发生了结晶，证实其具有更高程度的超分子有序性——这一结论得到聚合物薄膜UV-vis吸收光谱的佐证：均聚物在600 nm附近出现红移和特征肩峰吸收，而共聚物则无此现象。更令人惊讶的是，均聚物的CO2渗透率比共聚物高出两个数量级，且选择性更优。
关键词： 选择性、气体分离、渗透性、膜技术、超分子组织、聚(3-烷基噻吩)、结晶度
更新于2025-09-23 15:21:21
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一种无需膜的、高度紧凑的仿生改性人工叶片，具备自动驱动的太阳能燃料收集功能
摘要： 通过水分解制取氢燃料因其作为清洁可再生能源的巨大潜力，近期备受关注。要获得纯氢燃料，必须对氢氧混合气体产物进行分离，现阶段主要依赖膜系统实现。但该工艺存在固有的耐用性和成本问题，易受污染、腐蚀影响且结构复杂。我们最新研发了一种高度紧凑的水电解气体分离收集方法，该方法无需使用膜或外部对流，在仿生修饰电极上即可实现。这一智能紧凑自驱动系统的核心原理是通过浮力和润滑液浸润多孔表面（SLIPS）来控制气泡运动。借助仿生SLIPS壁面有效阻隔气泡泄漏的关键作用，氢氧产物气体可分别在对应收集端口被单独收集。由此，我们采用这种无膜电解系统实现了超过90%的卓越氢气收集率（气体纯度极高），该系统仅依靠产物气体的本征浮力实现分离。这个简单而高效的气体分离/收集系统还应用于高度紧凑的整体式人工叶片，在这种可漂浮的紧凑设计中，太阳能水分解得以切实便捷地实施。
关键词： 人工叶片、气体分离、水下气泡操控、水分解、仿生表面
更新于2025-09-24 04:22:48
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由脂环族二酐和二羟基功能化螺双茚满二胺合成的有机可溶性聚酰亚胺的合成与表征
摘要： 通过环状双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐(BC)或1,4,7,8-四溴双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐(BCBr4)与3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺双茚满-5,5'-二氨基-6,6'-二醇(SBIDA)反应，合成了两种有机可溶性聚酰亚胺。BC-SBIDA和BCBr4-SBIDA分别表现出高达约420°C和352°C的热稳定性，其BET比表面积分别为191和243 m2/g，显示出微孔特性。这些聚酰亚胺可在极性有机溶剂中溶解加工，具有优异力学性能：拉伸模量1.15-1.4 GPa，拉伸强度27-28 MPa，断裂伸长率2-4%。引入脂环结构会干扰聚酰亚胺主链上π电子的离域作用，减少电荷转移复合物(CTCs)的形成，从而制得无色透明聚酰亚胺薄膜。溴代BCBr4-SBIDA新鲜薄膜样品的氧气渗透率为31 barrer，氧/氮选择性为5.9。经过365天长期物理老化后，其O?渗透率降至17 barrer，同时O?/N?选择性提升至6.6，展现出相比商用聚合物在空气分离领域极具竞争力的性能。
关键词： 脂环族二酐、膜、聚酰亚胺、气体分离、光学性能、本征微孔性
更新于2025-09-04 15:30:14