Композитная мембрана TU-GOF, морфология сечения и газопроницаемость
В последнее время ключевая лаборатория науки и техники по низкоуглеродной конверсии Академии наук Китая и Шанхайского института перспективных исследований Китайской академии наук и Шанхайской научно-технической лаборатории по низкоуглеродной энергии добились прогресса в самосборке композитных мембран из графеноксидной структуры для скрининга небольших молекул газа.
Двумерные межслойные наноканалы, образованные монослойными стеклами Graphene Oxide (GO), могут использоваться для скрининга размеров. Благодаря наличию материалов, простой подготовке и превосходной производительности, базовые пленки GO быстро стали границей современной мембранной науки и техники. Важная и горячая тема: разделение объектов охватывает такие области, как газ, жидкости и опреснение. С дальнейшими исследованиями базовая пленка GO выделяет две основные проблемы: одно - точно регулировать размер двумерных каналов для размещения различных объектов (особенно небольших Разделение молекул). Во-вторых, как эффективно усиливать силу и прочность между слоями и увеличивать доступность мембран.
Основная пленка GO-пленки представляет собой слабую связь pi-pi и водородную связь. Механическая прочность пленки низкая, а гостевые молекулы могут легко расширить расстояние между слоями, что влияет на Эффективность сепарации и стабильность. Наиболее прямым и эффективным способом усиления взаимодействия между углеродными слоями является использование GO-содержащих кислород групп в качестве «якорей» для ковалентного связывания углеродного слоя GO через сшитые молекулы с образованием равномерного межслойного слоя. Графеновые оксидные рамки (GOF). Для достижения цели скрининга небольших молекул в то же время сшитые молекулы должны иметь несколько активных групп, и чем меньше размер, тем более благоприятным для контроля расстояния между слоями.
В этом исследовании группа исследователей Sun Yuhan и Zengfeng выбрала тиомочевину (TU) с сшивающими молекулами, которые имеют двойные NH2- и C = S-мультиактивные окончания, только 3 атома в молекулярном скелете и слабую приводимость. Чтобы получить однородную и непрерывную композитную мембрану GOF, группа сначала реагировала с GO путем прививки активных групп на поверхности носителя для иммобилизации единого слоя GO на носителе, а затем путем конденсации дегидратации и реакции нуклеофильного присоединения TU, GO, в носителе На периодической сборке с образованием однородной композитной пленки TU-GOF впервые реализуется самосборка слоя. Через контроль состояния можно точно регулировать расстояние между слоями пленки TU-GOF и толщину пленки можно регулировать в десятках нанометров. Результаты оценки подтверждают, что TU Иммобилизация углеродного слоя сильно ингибирует набухание и деформацию мембраны в разделительной среде и значительно улучшает механическую стабильность мембраны. Результаты разделения показывают, что мембрана TU-GOF является высокоселективной для H2, такой как H2 / CO2, H2 / Идеальная селективность для N2 и H2 / CH4 составляет ~ 200, а скорость проницаемости H2 составляет 10-7 моль / м2 / с / Па. Это первый случай, когда базальная мембрана GO основана на двумерном межслойном скрининге для эффективного разделения H2, а производительность намного выше, чем у полимеризации. Верхний предел Robeson пленки также превосходит большинство неорганических пленок.
Соответствующие результаты исследований были опубликованы в «Advanced Materials». Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая, Ассоциацией содействия инновациям молодежи Академии наук Китая и Национальной специализированной научно-исследовательской программой Nano Special Project.
