High-Performance Self-Cross-Linked PGP–POEM Comb Copolymer Membranes for CO2 Capture

共聚物 渗透 甲基丙烯酸缩水甘油酯 膜 高分子化学 选择性 溶解度 化学工程 甲基丙烯酸酯 材料科学 化学 有机化学 催化作用 聚合物 渗透 工程类 生物化学
作者
Na Un Kim,Byeong Ju Park,Yeji Choi,Ki Bong Lee,Jong Hak Kim
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:50 (22): 8938-8947 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.7b02024
摘要

We report a high performance CO 2 capture membrane based on the copolymerization and self-cross-linking of poly(glycidyl methacrylate- g -poly(propylene glycol))- co -poly(oxyethylene methacrylate) (PGP–POEM) comb copolymer. The epoxide–amine reaction is responsible for the self-cross-linking reaction, which takes place under mild conditions without any additional cross-linkers or catalysts. The effects of self-cross-linking on the membrane properties are investigated by comparing the copolymers with those containing a low PPG grafting density ( l -PGP–POEM). Furthermore, the gas separation performance of the membranes is systematically investigated as a function of POEM content in the comb copolymer. Both the permeance and selectivity of the PGP–POEM membranes are enhanced simultaneously with increase in the POEM content up to 51.2 wt % (PGP–POEM13), at which the best performance was achieved among the membranes. The high performance results from the reduced diffusion of N 2 due to the self-cross-linked structure as well as the increased CO 2 solubility due to the high content of ether oxygen groups in the comb copolymer. By optimizing the membrane thickness, the performance is further improved up to a CO 2 permeance of 500 GPU (1 GPU = 10 –6 cm 3 (STP)/(s cm 2 cmHg)) and CO 2 /N 2 selectivity of 22.4, which is close to the commercialization target area of CO 2 capture membranes. This work suggests a simple and economical cross-linking method to fabricate the membranes with excellent gas separation performance.

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