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大气中二氧化碳(CO2)排放量的增加导致温室效应加剧,对全球气候和人类社会的发展构成了严重的威胁。由于膜分离设备体积小、环境友好、效率高且能耗低,因此采用膜分离进行CO2捕集与存储被认为是一种经济可行和环保高效的选择。聚合物膜因其材料成本低、易于大规模生产而具有优异的商业价值。PEO分子链的醚氧官能团与CO2之间极强的四角偶极距作用而具有较高的CO2溶解性。为了提高PEO基聚合物气体分离膜的分离性能,设计了高渗透性、高CO2选择性聚合物膜材料,并详细探讨了分离膜制备方法、结构、分离性能和气体传输机理,为高效CO2膜分离聚合物基材料的合理设计和可控制备提供了思路。针对纯PEO气体分离性能较差的问题,通过对交联体系的设计,制备出了含有纳米粒子的杂化交联POSS/PEO交联膜。利用端氨基聚乙二醇(Jeffamine?ED-600,600 g/mol)、聚(乙二醇)二缩水甘油醚(PEO-500,500 mg/mol)和氨基功能化笼型倍半硅氧烷(POSS-NH2)之间的氨基与环氧基反应来制备杂化POSS/PEO交联膜。由于杂化POSS/PEO交联膜内存在大量的醚氧官能团和POSS-NH2的氨基,提高了CO2在膜内的溶解和扩散能力,从而提高了气体渗透通量。与纯的交联PEO膜相比,POSS-NH2含量为4 wt.%的杂化POSS/PEO交联膜的CO2气体通量从159.4 Barrer提高到385.2 Barrer,提高142%,而且CO2/N2和CO2/H2的选择性基本不变。为了拓展纳米粒子POSS-NH2的优势和POSS-NH2与PEO基体的分子链界面可以容纳小分子聚乙二醇(PEG)的特性,突破传统混合基质膜的性能限制,制备了高气体渗透通量的低分子量PEG浸渍杂化POSS/PEO交联膜(FIHMs)。结果表明,引入的低分子量(500g/mol)聚乙二醇二甲醚(PEGDME-500)能降低杂化POSS/PEO交联膜的玻璃化转变温度,并且增加了醚氧官能团的含量,提高了分离膜对CO2的亲和作用,提高了杂化POSS/PEO交联膜的CO2分离性能。相比纯PEO交联膜,在低分子量PEG浸渍和纳米粒子POSS-NH2的协同作用下,PEG浸渍交联膜(FIHMs)的气体分离性能也得到了提高。杂化POSS/PEO交联膜的PEGDME-500的浸渍量从44.4 wt.%从提高到180 wt.%,CO2渗透通量也显著提高,从纯交联PEO膜的159.4 Barrer提高到1566.8 Barrer,增加了982.9%,CO2/N2和CO2/H2的选择性分别为35.1和12.0。与POSS-NH2相比,树枝纤维状纳米二氧化硅(DFNS)具有独特的介孔结构、高的单分散性、大比表面积和表面大量的羟基使其极易与PEO形成氢键进一步提高对CO2的分离性能。通过紫外诱导PEO交联制备了具有良好界面形貌的DFNS/PEO混合基质膜。当DFNS的加入量为2 wt.%时,DFNS/PEO混合基质膜的CO2渗透通量为770.5 Barrers,与紫外诱导纯交联PEO膜相比,增加了95.3%。为了进一步提高所制备的混合基质膜的分离能力,制备了低分子量PEGDME-500浸渍的DFNS/PEO混合基质膜以增加混合基质膜对CO2的亲和作用,提高其在膜内的溶解能力,促进气体传输以及提高CO2选择性能。结果表明,所制备的PEGDME-500浸渍的DFNS/PEO混合基质膜具有出良好的CO2渗透性能。在PEGDME-500浸渍量为48.9 wt.%时,DFNS/PEO混合基质膜MMM-2的CO2渗透通量为2281.1 Barrer,与紫外诱导交联的纯PEO膜相比提高了478.5%。而且CO2/N2和CO2/H2选择性分别可保持高达48.1和13.7。