Amino-functionalized ZIF-7 embedded polymers of intrinsic microporosity membrane with enhanced selectivity for biogas upgrading

选择性 巴勒 聚合物 化学工程 促进扩散 磁导率 材料科学 高分子化学 化学 有机化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Yanan Wang,Yanxiong Ren,Hong Wu,Xingyu Wu,Hao Yang,Leixin Yang,Xiaoyao Wang,Yingzhen Wu,Yutao Liu,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:602: 117970-117970 被引量:88
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2020.117970
摘要

Membrane separation is an energy-efficient technology to achieve biogas upgrading. However, their broad application is limited by the relatively low gas permeability and thus the large membrane area. Polymers of intrinsic microporosity (PIMs), as a kind of highly permeable polymers, hold great promise to solve this problem but are restricted by their relatively low selectivity. In this study, significant enhancement in the selectivity of highly permeable PIM-1 membranes was achieved through incorporating amino-functionalized zeolitic imidazolate framework ZIF-7 to prepare mixed matrix membranes (MMMs). NH2-ZIF-7 exhibits not only excellent intrinsic CO2/CH4 separation ability but also favorable interaction with the PIM-1 polymer. The fortified interfacial interaction generates the rigidification of polymer chains at the interface and partial blockage of NH2-ZIF-7 particles, which both contributes to the enhancement of CO2/CH4 diffusion selectivity. Notably, the CO2/CH4 selectivity of the mixed matrix membrane containing 20 wt% NH2-ZIF-7 increased to 20.6 with CO2 permeability of 2953 Barrer, which transcended the reported 2008 upper bound of polymer membranes. To analyze the gas transport behavior within MMMs and explain the enhanced selectivity, a modified Maxwell model considering rigidified polymer region and partially blocked particle skin was proposed and validated by the good consistency between the experimental and predicted data.
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