用等离子体工程设计的10nm以下表面化使得超选择性空心纤维膜成为可能

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 聚合物科学 聚合物科学

背景情况:

• 聚合物空心纤维膜 (HFMs) 对于气体分离具有可扩展性,但在透性选择性权衡和微孔性控制方面存在局限性.
• 现有的膜在回收等关键气体分离方面难以达到高性能.

研究的目的:

• 在HFM上设计一种高性能气体分离层,使用一种新的表面化策略.
• 通过精确的纳米级改造,克服聚合物膜固有的局限性.

主要方法:

• 使用碳四化物 (CF4) 血对聚甲基 (PDMS) 涂层的Matrimid® HFMs进行表面化.
• 通过调整等离子体参数来控制PDMS表面化学和结构的修改.
• 化层的组成,链条刚性和孔隙结构的特征.

主要成果:

• 实现了10nm以下的化和交联层,含含量高达27.7mol%.
• 链条刚度提高了5.3倍,孔径分布缩小.
• 创纪录的He/N2 (1202 ± 13) 和He/CH4 (1790 ± 12) 选择性,具有高的He透度 (170 ± 2 GPU).
• 证明了He/CO2和He/H2的优异分子区分,以及在三元He/CO2+CH4混合气体分离中具有很高的选择性.
• 保持了720小时的运行稳定性.

结论:

• 塑工程表面化是一种可扩展和有效的策略,用于先进的HFM设计.
• 这种方法超越了高聚合物的性能,并解决了气体分离膜的关键挑战.
• 这种方法为工业气体分离应用中的高性能膜开辟了新的可能性.