CO 2 捕集炭膜的前驱体结构设计及性能

从分子结构设计出发，合成了一系列新型刚性、高自由体积的聚酰亚胺炭膜前驱体，并制备了炭膜.采用热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究了不同聚酰亚胺前驱体的热分解特性及在热解炭化过程中化学结构、微结构的变化规律；测试了所制备炭膜的气体分离性能.结果表明，前驱体的自由体积分数显著影响炭膜的气体分离性能；聚合物结构越具刚性，自由体积越大，所得炭膜结构越疏松，极微孔道尺寸越大，越有利于气体分子在炭膜极微孔道中的渗透、扩散与传输.其中，刚性大体积基团芴基、酚酞cardo基团和六氟异丙基的引入能有效破坏分子链间的堆积，提高聚合物的自由体积，所形成炭膜的结构较疏松，均表现出优异的气体渗透性和分离选择性，超越了Robeson上限，解决了传统炭膜气体渗透性能低的问题.特别是采用羟基官能化聚酰亚胺前驱体制备的炭膜在保持较高气体分离选择性的同时，CO 2 气体的渗透性高达24770 Barrer（1 Barrer≈7.5×10 -18 m 2 ·s -1 ·Pa -1 ），可实现对CO 2 的有效分离和捕集，展现出良好的商业化应用前景.