为了满足日益增长的工业需求,制备具有高分离性能的气体分离膜材料成为研究热点。理想的气体分离膜应该同时具备高的透气性和选择性,良好的机械性能,优良的热稳定性和化学稳定性。与无机材料相比,有机物材料具有价格低,加工性和化学稳定性好等优点,在气体分离领域受到广泛关注。自聚微孔聚合物（PIMs）是一种新型的高分子材料,由于其自身独特的扭曲结构阻碍了聚合物链间的有效堆积,使得聚合物膜内部产生连续的微孔,使得PIMs具有优异的气体透过性。尽管PIMs聚合物具有高的比表面积和自由体积,但是渗透系数和选择性之间仍然存在固有的制约关系。Tr?ger’s base聚合物作为一种含N-杂环的微孔类聚合物,虽然其渗透系数略低,但是具有较高的气体选择性。因此将两种聚合物通过一定的方法复合在一起,制备兼具两者优点的共混膜或交联膜是提高聚合物膜气体分离性能的有效手段。在上述背景下,本文围绕PIMs和Tr?ger’s base聚合物制备了共混膜和交联膜并对其气体分离性能进行研究。主要内容和结论分为三部分:1.合成了PIM-1,PIM-M,PIM-Br-30和Tr?ger’s base聚合物,并且进行了1HNMR表征,获得了具有预期结构的目标产物。2.制备了PIM-1@Tr?ger’s base共混膜。利用FT-IR、XRD、SEM对膜结构表征。结果表明,Tr?ger’s base中桥氮结构可以与PIM-1聚合物链之间形成相互作用,致使PIM-1和Tr?ger’s base两者之间具有良好的相容性。气体分离测试结果表明,随着共混膜中Tr?ger’s base含量的增加,共混膜的链间距降低,气体渗的透通量降低但是选择性呈现上升的趋势,例如,当Tr?ger’s base含量由20wt%上升到80wt%,PIM-1@Tr?ger’s base共混膜H2通量由3489Barrer降至1032Barrer,H2/N2和H2/CH4的选择性由10.5、6.8升至27.2、23.0。与PIM-1膜相比,PIM-1@Tr?ger’s base共混膜表现出更好的机械性能和抗塑化性能,在低温下具有更好的气体选择性。3.制备了PIM-Br-30@Tr?ger’s base交联膜。通过XRD对膜链间距的变化进行表征,结果表明,随着Tr?ger’s base含量的升高链间距逐渐降低,更有利于气体分离。通过气体分离性能的测试可得,随着Tr?ger’s base含量的增加,交联膜的气体通量降低,但是气体选择性明显上升。例如当Tr?ger’s base的含量由5wt%上升到50wt%,H2的通量从3260Barrer降到922Barrer,但是H2/N2,H2/CH4的选择性分别从14.0,14.0升至30.7和27.9,结果表明添加Tr?ger’s base并进行热处理之后,PIM-Br-30@Tr?ger’s base交联膜表现出更好的气体分离性能。同时PIM-Br-30@Tr?ger’s base对CO2/N2、CO2/CH4、H2/N2、H2/CH4、O2/N2的分离性能接近或超过2008年Robeson上限。4.通过对共混膜和交联膜的渗透性和选择性的比较表明,Tr?ger’s base作为大分子交联剂可以有效的改善PIMs的气体分离性能,提高选择性。
