CO2分离用多功能基团掺杂混合基质膜材料的构建及增效机制

基本信息
批准号:21908215
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:赵丹
学科分类:
依托单位:中国科学院大连化学物理研究所
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
增效机制气体分离混合基质膜酯基/氨基
结项摘要

Mixed matrix membranes (MMMs) have great potential for CO2 capture from flue gas. Massive efforts have been devoted to investigating CO2 separation performance of the ether oxygen modified MMMs. In contrast, less attention is paid to those MMMs modified with ester. Our preliminary results demonstrate that some ester fillers can greatly improve CO2 separation performance of the MMMs, which is superior to ether oxygen fillers. However, the synergistic mechanism of ester fillers for CO2 permeation is still unclear, the stability of the MMMs is insufficient and the performance of the MMMs is constrained by a trade-off between the permeability and selectivity. In this proposal, considering of the aggregation structure of the polymer matrix, the MMMs will be constructed where thermoplastic polyester elastomer Arnitel will be used as matrix and branched fatty acid ester, ester functionalized MOFs and amino functionalized MOFs will be used as fillers respectively. A novel CO2 separation MMMs with excellent separation performance and good stability will be constructed in this study by adjusting the aggregation structure of the polymer matrix, optimizing the interface morphology between the matrix and filler and taking advantage of the synergistic effect of multiple CO2-affinity functional groups. Meanwhile, the interaction among polymer matrix, filler and CO2 as well as the change of MMMs micro-nanostructure, which can be controlled by adjusting the oxygen content in fatty acid ester, MOFs functional groups and the matching of the fillers, will be explored at molecular scale with the aid of instrumental characterization and molecular simulation analysis. The structure-activity relationship between the performance of the MMMs and the micro-nanostructure as well as the interaction among the components in the MMMs will be explored. Through this project, the synergistic mechanism of multifunctional group for improving the stability and the CO2 permeation performance of the MMMs including the breaking through of trade-off between the permeability and selectivity will be clear. This study will provide theoretical basis for the design and construction of high performance MMMs for CO2 separation.

混合基质膜(MMMs)是烟道气CO2捕集膜材料的重要发展方向。目前大量研究集中在醚氧类材料,而我们初步研究发现部分酯基材料性能远优于醚氧材料,但存在增效机制不清楚、稳定性不足和trade-off效应的问题。本项目以聚酯弹性体Arnitel为聚合物基质,以其聚集态结构为出发点,创造性地引入分枝状脂肪酸酯、酯基/氨基功能化MOFs,通过调节基质聚集态结构、优化界面形态,利用多功能基团协同作用,构建兼具优良分离性和良好稳定性的新型CO2分离膜材料。借助仪器表征和分子模拟,从分子尺度解析基质、填料和CO2相互作用关系及MMMs微纳结构变化。通过调节脂肪酸酯氧含量、MOFs功能基团及填料间的匹配,调控组分间相互作用及MMMs微纳结构,揭示其与MMMs性能之间的构效关系,阐释多功能基团协同增效MMMs分离性和稳定性、突破trade-off效应的途径和机制,为高性能CO2分离MMMs的设计提供理论依据。

项目摘要

混合基质膜(MMMs)是烟道气CO2捕集膜材料的重要发展方向。研究以富含酯基基团的甘油三酯为切入点,以热塑性弹性体为聚合物基质,基于分子三维立体空间结构对聚合物自由体积的影响,通过原位调控法制备Pebax/甘油三酯系列混合基质膜,阐释了甘油三酯结构变化对混合基质膜气体分离性能以及稳定性的影响。所制备的Pebax1657/TPP(50wt%)混合基质膜兼具优异的渗透分离性能和稳定性,CO2渗透系数可达1602Barrer,CO2/N2选择性30,并且可在65℃范围内保持热力学稳定。在此基础上,利用聚合物三维骨架结构固定液态TCP,制备了TCP含量高达80wt%的自支撑凝胶膜,明确了凝胶膜的化学结构及其相互作用与气体渗透分离性能和稳定性的关系。进一步地,通过功能化修饰MOFs材料的引入创建了多元凝胶混合基质膜(g-MMMs),在创建增强气体分离性能新通道的同时提高了膜材料的压力稳定性,通过FTIR、TGA、DSC、SEM等多种技术手段考察了g-MMMs分间相互作用以及微纳结构的变化,剖析了渗透系数变化的内在原因。所制备的凝胶混合基质膜CO2渗透系数可达1182Barrer,CO2/N2选择性23,突破了trade-off效应,并且具有良好的稳定性。项目研究结果揭示了混合基质膜微纳结构与其性能之间的构效关系,阐释多功能基团协同增效混合基质膜分离性和稳定性、突破trade-off效应的途径和机制,为高性能CO2分离混合基质膜的设计提供理论依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

农超对接模式中利益分配问题研究

农超对接模式中利益分配问题研究

DOI:10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.2015.03.030
发表时间:2015
2

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

DOI:10.16383/j.aas.2016.c150880
发表时间:2016
3

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

DOI:10.3969/j.issn.1003-0077.2018.11.009
发表时间:2018
4

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022
5

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1374
发表时间:2020

赵丹的其他基金

批准号:21003071
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51506079
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21105130
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51309057
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61875071
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:21203104
批准年份:2012
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81570240
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81802619
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21201056
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61275189
批准年份:2012
资助金额:92.00
项目类别:面上项目
批准号:31100826
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71874140
批准年份:2018
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:51506117
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51775123
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:60908031
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300355
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770538
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:31871175
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81202134
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51204088
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71203180
批准年份:2012
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21563018
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

低阻力通道混合基质膜的构建及CO2分离性能调控

批准号:21706023
批准年份:2017
负责人:代岩
学科分类:B0804
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

具有“无阻力”区域的聚合物/PEO中空纳米微球混合基质膜构建及其CO2分离性能研究

批准号:21776217
批准年份:2017
负责人:丁晓莉
学科分类:B0804
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

含层状金属有机骨架材料的新型混合基质膜在氢气分离上的应用

批准号:21501198
批准年份:2015
负责人:康子曦
学科分类:B0502
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

磁性荧光模拟酶多功能材料的构建及对生物分子的分离检测

批准号:21305097
批准年份:2013
负责人:王显祥
学科分类:B0404
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目