固态相局限界面聚合:用于控制COP膜的2D增长的通用平台
Dongni Hu1,2, Yida Wang1,2, Xu Jiang3
1Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage (Huazhong University of Science and Technology), Ministry of Education, Wuhan, Hubei, 430074, P. R. China.
一种新的固态相局限界面聚合法 (SLCIP) 方法使得超薄共价有机聚合物 (COP) 膜的可扩展制造成为可能. 这种方法克服了界面不稳定性,实现了创纪录的水透率和高级分子分离的高排斥率.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物化学 聚合物化学
- 分离技术 分离技术
背景情况:
- 高性能共价有机框架/聚合物 (COF/COP) 膜的可扩展制造受到传统液-液界面聚合 (LLIP) 界面不稳定性的阻碍.
- 开发稳定高效的聚合方法对于推进基于膜的分离技术至关重要.
研究的目的:
- 开发一种新的固态相局限界面聚合 (SLCIP) 策略,用于合成超薄的2D COP膜.
- 通过创建一个稳定,局限的界面反应环境来克服LLIP的局限性.
- 为了证明SLCIP方法的普遍性,化学适应性和工业可扩展性.
主要方法:
- 通过协同利用基质水化诱导的封闭和功能化启用的单体定来开发SLCIP战略.
- 通过调节水化障碍和在功能化基板上的溶剂密度来设计界面封闭.
- 利用分子动力学 (MD) 模拟来确定局限的2D反应区厚度.
主要成果:
- 合成的超薄COP膜 (<40nm) 具有一个局限的2D反应区 (1.2nm厚度).
- 实现了创纪录的水透率 (161 L m−2 h−1 bar−1) 和高的刚果红色排斥率 (>98.8%).
- 在三种溶剂系统和五种氨基单体中证明了SLCIP的通用性,试点规模的A4膜制造显示<5%的性能偏差.
结论:
- SLCIP提供了一个环境处理的接口工程范式,用于合成高性能超薄COP膜.
- 该方法为下一代分子分离技术提供了一个可持续的平台,克服了LLIP的局限性.
- 证明了可扩展性和适应性的位置 SLCIP用于工业应用在先进的分离.
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