Triazine Crosslinking Enables Nitrogen‐Enriched Carbon Molecular Sieve Membranes for Precision 1,3‐Butadiene/n‐Butane Separation

选择性 分子筛 化学 三嗪 吸附 高分子化学 化学工程 碳化 聚合物 吸附 选择性吸附 有机化学 渗透 碳氢化合物 组合化学 磁导率 分子 合成膜 促进扩散 碳纤维 气体分离 半透膜
作者
Fangxu Fan,Zeyuan Gao,Tianyou Li,Yuao Wang,Bowen Zhang,Peng Wang,Jingling Gong,Xingyue Wu,Zehua Li,Rongyu Lu,Zhen Huai,Gaohong He,Canghai Ma
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e3566490-e3566490
标识
DOI:10.1002/anie.3566490
摘要

ABSTRACT Membrane separation provides an energy‐efficient route for separating 1,3‐butadiene (C 4 H 6 ) from C 4 hydrocarbon mixtures, but limited permeability and selectivity remain key barriers. Here, nitrogen‐enriched carbon molecular sieve (CMS) membranes were fabricated from triazine‐crosslinked fluorene‐based copolyimide precursors. Pendant carboxyl sites enabled triazine crosslinking and anchored nitrogen‐rich moieties within the precursor matrix. During pyrolysis, pre‐dispersed triazine units carbonized with the polymer backbone, contributing to the formation of pyridinic‐N and pyrrolic‐N active sites while narrowing ultramicropores to approximately 4.79 Å. The optimized CL‐CMS membrane exhibited a C 4 H 6 permeability of 4353.0 Barrer, a C 4 H 6 /n‐C 4 H 10 selectivity of 141.9, and a C 4 H 6 /i‐C 4 H 10 selectivity of 1817.2, surpassing current upper bounds. Mechanistic analysis revealed a synergistic interplay between nitrogen‐enriched pore chemistry and tailored ultramicropore confinement: the former preferentially enhanced C 4 H 6 affinity, while the latter dominated molecular discrimination through diffusion‐controlled sieving, increasing sorption and diffusion selectivities by up to 35% and 97%, respectively. This work establishes triazine‐crosslinking‐assisted precursor design as a promising strategy to couple adsorption chemistry with ultramicropore architecture, highlighting its potential for highly selective C 4 separation and polymer‐grade C 4 H 6 purification.
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