PIM-1/Holey Graphene Oxide Mixed Matrix Membranes for Gas Separation: Unveiling the Role of Holes

材料科学 石墨烯 纳米孔 气体分离 氧化物 化学工程 磁导率 聚合物 选择性 纳米技术 复合材料 有机化学 催化作用 化学 工程类 冶金 生物化学
作者
José Miguel Luque-Alled,Marzieh Tamaddondar,Andrew B. Foster,Peter M. Budd,Patricia Gorgojo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (46): 55517-55533 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.1c15640
摘要

PIM-1/holey graphene oxide (GO) mixed matrix membranes (MMMs) have been prepared and their gas separation performance for CO2/CH4 mixtures assessed. Nanopores have been created in the basal plane of gas-impermeable GO by chemical etching reactions, and the resulting holey flakes have been further chemically functionalized, either with octadecylamine (ODA) or with PIM-1 moieties, to aid their dispersion in PIM-1. It is found that nanopores barely promote gas transport through the graphene-like nanofiller for fresh membranes (tested right after preparation); however, the prepared hybrid PIM-1/holey GO membranes exhibit higher CO2 permeability and CO2/CH4 selectivity than the pure polymer membrane 150 days after preparation and 13 and 15% higher CO2 permeability for filler contents of 0.1% of octadecylamine-functionalized holey GO and 1% of (PIM-1)-functionalized holey GO, respectively. The most significant improvement is observed for the mitigation of physical aging, as MMMs using 10% of (PIM-1)-functionalized holey GO nanofillers are capable of maintaining up to 70% of their initial CO2 permeability after 150 days, whereas only 53% is kept for pure PIM-1 after the same period. The gas permeability of the nanofiller has been rationalized with the aid of the Maxwell-Wagner-Sillars equation.
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