聚乙烯胺/Cu3(BTC)2-MMT-NH2混合基质膜的制备及气体传递性能

采用阳离子交换与Cu3(BTC)2原位合成相结合制备Cu3(BTC)2-MMT,同时,借助3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)氨基功能化制备Cu3(BTC)2-MMT-NH2杂化材料.然后,将杂化材料添加到聚乙烯胺(PVAm)基质中作为选择性涂层涂覆到聚砜(PSf)支撑体上,制备了PVAm/Cu3(BTC)2-MMT-NH2混合基质膜.通过XRD和FTIR对杂化材料的晶态结构和化学结构进行了表征,同时采用ATR-FTIR证实了Cu3(BTC)2-MMT-NH2杂化材料与PVAm基质之间存在氢键相互作用.系统性研究了PVAm/Cu3(BTC)2-MMT-NH2混合基质膜中MMT阳离子交换量、Cu3(BTC)2-MMT与KH550的质量比、Cu3(BTC)2-MMT-NH2的负载量、操作压力、湿膜厚度、操作温度以及混合气作为原料气对膜CO2渗透性、CO2/N2选择性的影响.结果表明:在纯气气氛,操作温度为25℃、操作压力为1 bar(1 bar=0.1 MPa)的条件下,当Cu3(BTC)2-MMT-NH2负载量为3％(质量)时,膜的气体分离性能最优,CO2渗透率为203 GPU(1GPU=10-6 cm3·cm-2·s-1·cmHg-1,1 cmHg=1333.22 Pa),CO2/N2选择性为100.7,远高于添加MMT、Cu3(BTC)2和MMT/Cu3(BTC)2混合物的混合基质膜.这是由于Cu3(BTC)2-MMT-NH2具有层间快速传递通道且与聚合物基质有良好的相容性.此外,混合气测试条件下,混合基质膜运行360 h,仍能保持优异的CO2分离性能稳定性.