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填料孔隙率和填料/聚合物界面体积在气体分离金属-有机骨架/聚合物混合基质膜中的作用
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2018-09-07 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b12938 Alexander Nuhnen 1 , Dennis Dietrich 1 , Simon Millan 1 , Christoph Janiak 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2018-09-07 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b12938 Alexander Nuhnen 1 , Dennis Dietrich 1 , Simon Millan 1 , Christoph Janiak 1
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金属有机骨架(MOF)和无机填料经常被掺入混合基质膜(MMM)中,以克服传统的渗透性折衷方案(P)和对纯有机聚合物膜的选择性。因此,就聚合物-填料界面的可能作用(即空隙体积)而言,研究MMM中多孔和无孔填料的影响非常重要。在这项工作中,我们比较了处于多孔和无孔状态的同一MOF填料,因此排除了来自不同聚合物-填料界面的假象。制备了具有多孔MOF富马酸铝(Al-fum)和无孔二甲基亚砜溶剂填充的富马酸铝(Al-fum(DMSO))的MMM,均以Matrimid为聚合物。填料含量为4至24重量%。通过使用CO 2 / CH 4的二元混合物进行混合气体测量研究了两种MMM的气体分离性能气体渗透率遵循Maxwell模型对多孔和无孔分散相(填充剂)的理论预测。带有多孔铝粉填料的MMM表现出增加的CO 2和CH 4渗透性,同时随着填料含量的增加,选择性也有适度的提高。具有无孔Al-fum(DMSO)填料的MMM表现出渗透率降低,同时保持了纯聚合物的选择性。log P与倒数特定自由分数体积(sFFV)的线性相关性排除了空隙体积的重要影响。sFFV包括聚合物和MOF的自由体积,但不包括聚合物-填料界面的体积(所谓的空隙体积)。MMM的sFFV计算为0.23 cm 3对于24重量%的Al-Fum / Matrimid MMM为/ g,对于24重量%的Al-fum(DMSO)/ Matrimid MMM为0.12 cm 3 / g。Al-Fum和Al-Fum /(DMSO)MMM的理论和实验密度的良好匹配支持了界面体积的微不足道的影响,其给出的比容体积低于0.02 cm 3 / g,经常甚至低于0.01 cm 3 /克。
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更新日期:2018-09-07
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