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天津科技大學程博聞教授團隊 Macromolecules:錨定二酐結構-PBO膜反trade-off現象
2025-03-06  來源:高分子科技

  天津科技大學、生物基纖維材料國家重點實驗室的程博聞教授團隊近期于Macromolecules期刊發表題目為“Anchoring the Dianhydride Structure to Simultaneously Enhance the Permeability and Selectivity of the Polybenzoxazole Membranes的文章。該文章第一作者為碩士生王戈,通訊作者為程博聞教授、楊磊鑫副教授和李凱華講師。



【研究亮點】

  • 成功設計并合成了一種具有錨定扭曲基團的新型鄰羥基 PI

  • 錨定結構提高了聚合物剛度,調節 TR 過程,成功制備了具有反trade-off效應的 PBO薄膜。

  • 較高的鏈剛度可使 PBO 結構更加開放,并在形成過程中阻礙鏈的堆疊。

  • 優化的聚苯并噁唑薄膜(6FCBO)的氣體分離性能超過了2008年的上限。


  微孔聚合物材料的精細結構對其膜分離性能有很大影響。然而,大體積單體的調節使得精確闡明這些材料的結構-性能關系變得復雜。在該研究中,提出了一種錨定扭曲單體策略,以實現聚苯并惡唑(PBO)膜的原子級優化,從而顯著提高氣體分離性能。以原始二酐 44''-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐(6FDA)為基礎,精確引入醚氧鍵,錨定扭曲的二酐結構。合成了兩種含羥基的聚酰亞胺(PI),6FCBI(含醚氧鍵)和 6FBI(不含醚氧鍵),隨后通過熱處理將其轉化為 PBO 薄膜(6FCBO 和 6FBO)(圖1)。


1. 聚酰亞胺前體和PBO膜的制備。


  醚氧鍵的引入有效地調節了聚合物鏈的剛性,進而影響熱重排過程中聚苯并噁唑(PBO)鏈的堆疊。剛性結構使得PBO保留了更高的自由體積,形成高的比表面積以及更多的微孔結構(圖2與傳統的熱重排(TR)膜相比,6FCBO 膜在氣體分離性能方面表現出反trade-off效應,同時提高了氣體滲透性和選擇性。值得注意的是,6FCBO 的二氧化碳滲透率達到 2540 Barrer,二氧化碳/四氯化碳選擇性達到 28.8,超過了 2008 Robeson上限(圖3)。這項研究為微孔聚合物材料提供了精確的結構優化策略,提供了新的的見解和證據。


2.a6FBI6FCBI6FBO 和 6FCBO 的 N2 吸附/解吸等溫線,(b)用 Horváth-Kawazoe (H-K) 方法得到的孔徑分布(PSD)。


3. 6FBI6FCBI6FBO 和 6FCBO 及相關膜的純氣體分離特性:(aCO2/CH4 的上限,(bCO2/CH4分離的反trade-off評估。


  原文信息:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c02723


作者簡介


第一作者

王戈(碩士)

工作單位: 天津科技大學輕工科學與工程學院

通訊郵件:17756607139@163.com


通訊作者


李凱華(講師)

工作單位: 天津科技大學材料與化工學院

通訊郵件:Likh_199109@163.com



楊磊鑫(副教授)

工作單位: 天津科技大學輕工科學與工程學院

通訊郵件:Leixinyang@tust.edu.cn



程博聞(教授)

工作單位: 天津科技大學輕工科學與工程學院

通訊郵件: bowenc17@tust.edu.cn

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(責任編輯:xu)
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