新型離子液體聚醚酰亞胺復(fù)合膜_離子液體【默尼離子液體定制】

CO2作為主要溫室氣體，其化學(xué)惰性給傳統(tǒng)分離技術(shù)帶來挑戰(zhàn)。目前主流的分光光度法、電化學(xué)傳感器等CO2捕集技術(shù)，存在成本高、體積大、能耗高、依賴高溫操作等問題，難以適配復(fù)雜工況的高靈敏度、高選擇性需求。 

聚合物膜在氣體分離領(lǐng)域具備應(yīng)用潛力，但其選擇性、靈敏度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍有較大提升空間。離子液體（ILs）因結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、CO2溶解度高、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等特性，成為改性聚合物膜的理想材料，通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)參數(shù)可優(yōu)化CO2傳輸選擇性，不過高粘度傳質(zhì)限制、合成復(fù)雜、熱降解風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境毒性等問題仍待解決，而任務(wù)特異性離子液體設(shè)計(jì)、IL-聚合物/納米材料雜化體系為解決這些問題提供了新思路。 

聚醚酰亞胺（PEI）擁有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度與尺寸穩(wěn)定性，是高溫氣體分離膜的優(yōu)質(zhì)基材，其酰亞胺基團(tuán)可與含氮雜環(huán)離子液體形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)界面相容性，這類復(fù)合膜能提升CO2滲透性與選擇性，但離子液體滲漏和傳輸機(jī)制調(diào)控仍是核心問題。

針對(duì)上述問題，烏克蘭國(guó)家科學(xué)院生物有機(jī)化學(xué)與石油化學(xué)研究所Sergiy Rogalsky團(tuán)隊(duì)，以新型疏水質(zhì)子離子液體2-丁基氨基咪唑啉雙(三氟甲磺酰)亞胺（[BAIm][TFSI]）與聚醚酰亞胺樹脂（Extem XH1015）為研究對(duì)象，制備復(fù)合膜并探究IL含量對(duì)膜微觀結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性及氣體傳輸行為的影響，揭示了氫鍵網(wǎng)絡(luò)的IL滲漏抑制機(jī)制與溶解-擴(kuò)散協(xié)同增效規(guī)律。

團(tuán)隊(duì)采用溶液澆鑄法制備復(fù)合膜：將5.0 g Extem XH1015溶解于100 mL二氯甲烷，室溫?cái)嚢?4小時(shí)制得均質(zhì)溶液，按20%至60%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入[BAIm][TFSI]并攪拌2小時(shí)，將混合溶液鋪于玻璃基板，經(jīng)無塵室溫干燥、真空干燥成膜，膜厚精準(zhǔn)控制在50-70 μm，且無IL滲漏現(xiàn)象，證明聚合物基質(zhì)與離子液體間存在強(qiáng)相互作用。

該研究通過系統(tǒng)調(diào)控離子液體含量，證實(shí)PEI/[BAIm][TFSI]復(fù)合膜的氣體傳輸機(jī)制在40wt%IL處存在臨界轉(zhuǎn)變，所制備的復(fù)合膜在保持高熱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，為高溫環(huán)境下的碳捕集技術(shù)提供了新型的膜材料設(shè)計(jì)策略。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c19996

原文作者：

Alina Vashchuk, Petr Stanovsky, Sergiy Rogalsky, Oksana Tarasyuk, Nicolas Delpouve, Eric Dargent, Pavel Izak, and Mariia Pasichnyk

DOI: 10.1021/acsami.5c19996

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