ZIF-90增强纤维素三乙酸酯/聚砜双层中空纤维混合基质膜的CO2/CH4和CO2/N2气体分离性能研究

本研究成功制备了无分层双层中空纤维混合基质膜（DLHFMMMs），通过调控纺丝气隙距离和引入ZIF-90纳米填料，显著提升了CO2渗透性（22.51 GPU）和选择性（CO2/CH4=29.13，CO2/N2=37.59），为高效气体分离膜开发提供了新策略。

　　

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Materials

纤维素三乙酸酯（CTA, 纯度 > 99.99%, D=1.3 g/cm³, 乙酰基含量=43-44%）、聚砜（PSf, M_w ≈35,000, M_n ≈16,000）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、N-甲基吡咯烷酮（NMP, M_w=99.13 g/mol）、二甲基乙酰胺（DMAc, M_w=87.12 g/mol）、四氢呋喃（THF, M_w=72.11 g/mol）、乙醇（M_w=46.07 g·mol^-1）、甲醇（纯度>99.9%）。

FESEM

图2展示了在不同气隙距离下制备的CTA/PSf双层中空纤维混合基质膜（DLHFMMMs）的截面FESEM图像。所有纺丝条件下均未观察到明显分层，表明内外层界面粘附良好。表2总结了气隙距离对膜尺寸特征的影响，包括在恒定条件下内外径的变化。

Pure gas separation

图7显示了气隙距离对含1.5 wt% ZIF-90的DLHFMMMs在1-10 bar进料压力和25°C下的纯气体渗透性能影响。渗透性测量在操作条件下重现性误差在±3%以内。如图7(a-b)所示，当气隙距离从5 cm增至7 cm时，CO₂渗透性从17.09 GPU显著提升至26.92 GPU（1-10 bar压力范围），对应渗透性变化。

Conclusion

综上所述，通过干-湿相转化共挤出法成功制备了含1.5 wt% ZIF-90的无分层CTA/PSf基DLHFMMMs。纺丝气隙距离在5至11 cm间系统调整。FESEM分析证实所有气隙下均无分层，归因于CTA与PSf聚合物基质间的强界面相容性。随着气隙增加，膜结构呈现显著形态演化，直接影响气体分离性能。最优气隙距离为11 cm时，膜表现出最高的CO₂渗透性和选择性，凸显ZIF-90填料在界面工程中的关键作用，为下一代高效气体分离膜的设计提供了重要参考。