Carbon Molecular Sieve Membranes Derived From Dual‐Cross–linked Polybenzimidazole for Enhanced H2/CO2 Separation

选择性 分子筛 巴勒 化学工程 气体分离 热解 材料科学 氢气净化器 化学 有机化学 制氢 催化作用 工程类 生物化学
作者
Jianyu Guan,Yongchao Sun,Zeyuan Gao,Lu Bai,Tianyou Li,Fangxu Fan,Hongjin Li,Fake Sun,Yijun Liu,Gaohong He,Canghai Ma
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202412158
摘要

Abstract The need for efficient CO 2 separation during hydrogen production from fossil fuels drives the development of advanced, energy‐efficient solutions. Membrane technology offers a promising approach for separating CO 2 from H 2 , which, however, faces the challenge of low H 2 /CO 2 selectivity. To address this challenge, a novel strategy to cross–link polybenzimidazole (PBI) using potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 ) is proposed, followed by pyrolysis to fabricate highly selective carbon molecular sieve (CMS) membranes. The cross–linked PBI‐derived CMS membranes exhibit significantly enhanced permeability and H 2 /CO 2 selectivity compared to neat PBI‐CMS membranes. For instance, the CMS membrane prepared from PBI cross–linked for 24 h and pyrolyzed at 900 °C (denoted as KPBI 24 CMS@900) demonstrates outstanding molecular sieving capability. This membrane achieves an H 2 permeability of 55 Barrer with an H 2 /CO 2 selectivity of 48 tested at 100 °C, significantly surpassing its non‐cross–linked counterparts and the 2008 Robeson upper bound. The design principles of this study provide a robust technical foundation for persulfate‐cross–linked PBI and offer an innovative approach for preparing high‐performance CMS membranes.
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