通过界面聚合制备高选择性分子筛膜用于氢气纯化

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Highly Selective Molecular-Sieving Membranes by Interfacial Polymerization for H2 Purification

氢气纯化面临高能耗挑战，本研究通过界面聚合法制备多单体分子筛聚酰胺TFC膜，实现H2/N2选择性507和H2/CO2选择性80，渗透性达26 Barrer/10 GPU，理论模拟证实其高效分离机制。

　　

由于现有的压力摆动吸附和低温部分冷凝工艺能耗较高，氢气纯化过程面临诸多挑战。膜分离技术有潜力大幅降低这一过程的能耗和运营成本。在本研究中，通过一种简单的界面聚合工艺，使用多种不同的单体制备出了具有优异氢气选择性的分子筛聚酰胺TFC膜。这些膜表现出更高的交联程度，其氢气（H?）对氮气（N?）以及氢气（H?）对二氧化碳（CO?）的选择性分别达到了507和80；在35°C条件下，氢气的渗透率为26 Barrer/10 GPU，明显优于大多数聚合物膜。通过全原子分子动力学模拟，并结合巨正则蒙特卡洛（grand canonical Monte Carlo）和轨迹延伸动力学蒙特卡洛（trajectory extending kinetic Monte Carlo）模拟，从理论上解释了这些膜所展现出的高气体渗透率。这种简单且低成本的膜制备工艺及其卓越的选择性性能，为大规模、高性价比的氢气纯化技术的发展带来了希望。