Sci Adv：构建3.3 Å碳分子筛实现高性能H2-CO2分离

纳米技术

2022-03-12

含有比较好分子筛分能力的碳分子筛CMS（Carbon molecular sieve）膜能够通过聚合物的碳化得到，这种材料有望用于高温气体分离。但是通常聚合物碳化生成小于3.5Å的微孔用于H/CO气体分离，需要在非常高的温度（900~1200 ℃），因此导致合成的碳分子筛具有易碎的缺点，难以用于工业分离。

有鉴于此，纽约州立大学水牛城分校林海青(Haiqing Lin)等报道首次通过修饰不耐热的交联剂，能够在较低的温度实现碳化，这种低温碳化过程得以保证加工性，而且具有优异的H₂/CO₂分离性能。

本文要点：

（1）

将聚苯并咪唑PBI（polybenzimidazole）通过氢键和质子转移与焦磷酸交联，在低于碳化的温度（≤600 ℃）首先进行交联。材料通过焦磷酸PPA掺杂，随后进行PBI碳化，在150 ℃工作时，H₂的渗透能力从27提高至140 barrer，H₂/CO选择性从15提高至58，性能比目前最好的聚合物更好，比Robeson上限更高。

（2）

这项工作为调控碳分子筛亚纳米孔和提高分子的筛分性能提供了一种简单有效的方法。

参考文献

Leiqing Hu, Vinh T. Bui, Ajay Krishnamurthy, Shouhong Fan, Wenji Guo, Sankhajit Pal, Xiaoyi Chen, Gengyi Zhang, Yifu Ding, Rajinder P. Singh, Monica Lupion, Haiqing Lin*, Tailoring sub-3.3 Å ultramicropores in advanced carbon molecular sieve membranes for blue hydrogen production, Sci. Adv. 2022, 8, eabl8160

DOI: 10.1126/sciadv.abl8160

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8160