Fine-tuning gas separation performance of intrinsic microporous polyimide by the regulation of atomic-level halogen substitution

微型多孔材料 卤素 聚酰亚胺 气体分离 范德瓦尔斯力 聚合物 材料科学 化学工程 旋节 高分子化学 化学 分子 纳米技术 有机化学 图层(电子) 工程类 生物化学 烷基 相(物质)
作者
Wei Zhao,Jinwei Zhang,Chunying Liu,Yuchao Ma,Kaihua Li,Minjie Guo,Long Jiao,Xiaohua Ma,Leixin Yang,Shuo Yang,Bowen Cheng
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:692: 122317-122317 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.122317
摘要

The molecular structure of polymers is essential to membrane separation performance. However, the inherent relationship between molecular structure and gas separation performance of polymeric membranes is unclear. Herein, the halogen atoms (F, Cl, and Br) were introduced into intrinsic micropore polyimide (PIM-PI) to precisely regulate its interchain cavity and elucidate the structure-property relationship. Based on the pristine BAPI, the halogen atoms were precisely designed at the ortho position of the amino group and synthesized three PIM-PIs, namely BFPI, BCPI, and BBPI, respectively. Then, it can be found that the packing structure of polymer chains and fine-tuning of fractional free volume (FFV) exhibits a regular trend in halogen-containing PIM-PIs. In addition, as the van der Waals volume of halogen atoms increases, the gas permeability of halogen-containing PIM-PIs exhibits an increasing trend. Specifically, compared with BFPI, the CO2 permeability of BCPI and BBPI is increased by 48 % and 100 %, respectively. Our findings may elucidate the structure-property relationship of microporous polymer membranes and provide a brand-new insight to design an advanced high-performance membrane.
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