Microenvironment Engineering of Conjugated Microporous Polymer Membranes Enabling Ultrahigh Solvent Permeability and Molecular Sieving

微型多孔材料 化学 聚合物 化学工程 溶剂 共轭微孔聚合物 传质 共轭体系 高分子化学 磁导率 合成膜 耐化学性 分子工程 膜透性 纳米技术 膜技术 分子 复合数
作者
Zi-Meng Xu,Zhen Chen,Xiao-Feng Zhong,Si-Yuan Yang,Yi-Le Chen,Yang Feng,Panpan Zhang,Yong Li,Ming Xue,Xiao-Ming Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (2): 2719-2727 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.5c19172
摘要

Mass transfer intensification in separation technologies requires membranes with precisely engineered pore architectures and chemistry, as well as scalable fabrication. Herein, the first large-scale conjugated microporous polymer (CMP) composite membranes have been fabricated via solution-processable superacid-catalyzed ketone condensation, exhibiting ultrahigh solvent permeability and exceptional chemical stability. Molecular microenvironment engineering of CMPs via incorporation of fluorinated moieties achieves hierarchical free-volume control and forms confined mass transfer nanochannels with low surface energy. The fluorinated CMP (F x -CMP) membranes deliver the highest structural parameter (ε/τ) and a record n -hexane permeability of 2272 L m –2 h –1 bar –1 nm, reported to date among polymer membranes. The inertness of C–F bonds, coupled with fluorine-induced reduction in aryl electrophilicity, confers exceptional resistance to 18 M H 2 SO 4, surpassing all previously reported acid-resistant membranes. When applied to separate active pharmaceutical ingredients (APIs), the F x -CMP membrane achieved a 50-fold enrichment of API within 2.2 h, with a 90% reduction in CO 2 emissions compared to conventional thermal separation processes.
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