Asymmetrical polyimide membranes with programmable polymer chain architectures for liquid hydrocarbon fractionation

聚酰亚胺 碳氢化合物 聚合物 分馏 材料科学 渗透汽化 化学工程 甲苯 高分子化学 化学 有机化学 纳米技术 复合材料 工程类 图层(电子) 生物化学 渗透
作者
Weilin Feng,F. Li,Jiaqi Li,Zhiyi Li,Lu Xu,Hukang Guo,Shuangjiang Luo,Xingzhong Cao,Chuanjie Fang,Bao‐Ku Zhu,Liping Zhu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:11 (37): eady3674-eady3674
标识
DOI:10.1126/sciadv.ady3674
摘要

Conventional fractionation of liquid hydrocarbons relies on energy-intensive distillation. While organic solvent reverse osmosis provides an energy-efficient alternative, the challenge lies in engineering membranes with accurately tailored molecular differentiation for complex hydrocarbons. Here, we develop diverse fluorinated polyimide membranes featuring programmable polymer chain architectures for efficient hydrocarbon separation. By stoichiometry-controlled polycondensation, the chain packing and microporosity of synthesized polyimides are finely regulated, verified by molecular simulations. The corresponding asymmetrical membranes with defect-free thin layers of 100 to 250 nanometers are prepared via solution casting and thermal annealing steps. Such programmed membranes enable tunable permselectivity for hydrocarbons with less than 40 carbon atoms. The fractionation of kerosene-paraffin mixture in toluene is demonstrated through a two-stage process containing the optimized membranes. The cascade process remarkably enriches the C 10 -C 13 hydrocarbons from 50% up to 97%. The demonstrated polyimide membranes with on-demand molecular discrimination capability provide a potential candidate for the membrane-based hydrocarbon fractionation.
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