聚酰亚胺/聚酰胺-胺复合膜的制备及其对CO2的分离性能 (2011年)

以乙二胺(EDA)为引发核,通过发散法合成1.0~3.0代树枝状聚合物聚酰胺-胺(PAMAM),并以其作为功能涂覆层制备聚酰亚胺(PI) /PAMAM复合膜,考察PAMAM代数对纯CO2、N2及CH4在复合膜中渗透及CO2/N2、CO2/CH4分离性能的影响.结果表明:PAMAM对CO2有明显的选择透过能力,PI/PAMAM复合膜对纯CO2的透过系数及CO2/N2、CO2/CH4的分离系数随PAMAM代数的增加而增大;当涂覆层为3.0代PA- MAM时,复合膜对CO2的渗透系数达到106.6 Barrer ### 聚酰亚胺/聚酰胺-胺复合膜的制备及其对CO₂的分离性能 #### 概述 本研究旨在探讨聚酰亚胺（Polyimide, PI）与聚酰胺-胺（Polyamide-amine, PAMAM）复合膜的制备方法及其对二氧化碳（CO₂）的分离性能。研究采用乙二胺（Ethylene Diamine, EDA）作为引发剂，通过发散法合成了不同代数（Generation, G）的PAMAM，并将这些PAMAM作为功能涂覆层应用于PI膜表面，形成PI/PAMAM复合膜。 #### 研究背景与目的 随着全球对温室效应的关注日益增强，减少大气中的二氧化碳含量成为研究热点之一。膜技术因其高效、节能的特点，在气体分离领域得到广泛应用。其中，聚酰亚胺因其良好的热稳定性和化学稳定性被广泛用作膜材料。然而，为了提高对特定气体如CO₂的选择性渗透，通常需要对膜材料进行改性。PAMAM作为一种树枝状聚合物，具有高度支化的三维结构和丰富的官能团，能够显著改善膜的选择性和渗透性。 #### 实验设计与方法 本研究采用发散法合成不同代数（G1.0至G3.0）的PAMAM，并将其作为功能涂覆层应用于PI膜表面。实验中考察了PAMAM代数对纯CO₂、N₂和CH₄在复合膜中的渗透性能以及CO₂/N₂和CO₂/CH₄分离性能的影响。 #### 主要发现 1. **PAMAM对CO₂的选择透过性**：实验结果显示，PAMAM具有明显的选择透过CO₂的能力，这主要是由于其分子结构中含有大量的胺基团，这些胺基团能够与CO₂形成氢键，从而促进了CO₂的透过。 2. **复合膜的渗透性能**：PI/PAMAM复合膜对纯CO₂的透过系数随PAMAM代数的增加而显著提高。特别是当涂覆层为G3.0 PAMAM时，复合膜对CO₂的渗透系数达到了106.6 Barrer，显示出优异的CO₂透过性能。 3. **气体分离性能**：随着PAMAM代数的增加，PI/PAMAM复合膜对CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离系数也逐渐增加。当使用G3.0 PAMAM作为涂覆层时，CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离系数分别达到了44.25和58.83，显示出较高的选择性分离能力。 #### 结论 通过将不同代数的PAMAM作为功能涂覆层应用于PI膜表面，成功制备了PI/PAMAM复合膜。实验结果表明，随着PAMAM代数的增加，复合膜不仅对CO₂的透过系数显著提高，而且对CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离系数也有明显提升。特别是当使用G3.0 PAMAM作为涂覆层时，复合膜展现了极佳的CO₂渗透性能和分离性能，为工业上高效的CO₂捕获和分离提供了新的思路和技术途径。 #### 应用前景 本研究为开发新型高效CO₂分离膜提供了一种可行的方法。未来的研究可以进一步探索PAMAM分子结构的优化以及其他功能化修饰，以提高膜材料的综合性能，从而满足更多应用场景的需求。此外，还可以探索此类复合膜在其他气体分离领域的应用潜力，如天然气净化等。