Fine-Tuned Intrinsically Ultramicroporous Polymers Redefine the Permeability/Selectivity Upper Bounds of Membrane-Based Air and Hydrogen Separations

选择性 聚合物 材料科学 磁导率 化学工程 多孔介质 多孔性 化学物理 化学 有机化学 复合材料 催化作用 生物化学 工程类
作者
Raja Swaidan,Bader S. Ghanem,Ingo Pinnau
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (9): 947-951 被引量:418
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.5b00512
摘要

Intrinsically ultramicroporous (<7 Å) polymers represent a new paradigm in materials development for membrane-based gas separation. In particular, they demonstrate that uniting intrachain "rigidity", the traditional design metric of highly permeable polymers of intrinsic microporosity (PIMs), with gas-sieving ultramicroporosity yields high-performance gas separation membranes. Highly ultramicroporous PIMs have redefined the state-of-the-art in large-scale air (e.g., O2/N2) and hydrogen recovery (e.g., H2/N2, H2/CH4) applications with unprecedented molecular sieving gas transport properties. Accordingly, presented herein are new 2015 permeability/selectivity "upper bounds" for large-scale commercial membrane-based air and hydrogen applications that accommodate the substantial performance enhancements of recent PIMs over preceding polymers. A subtle balance between intrachain rigidity and interchain spacing has been achieved in the amorphous microstructures of PIMs, fine-tuned using unique bridged-bicyclic building blocks (i.e., triptycene, ethanoanthracene and Tröger's base) in both ladder and semiladder (e.g., polyimide) structures.

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