结合了MOF-808的PIM-1混合基质膜，该MOF-808经过氨基酸修饰，用于提高CO2和CH4的分离效率

《Journal of Materials Chemistry A》：Mixed matrix membranes of PIM-1 incorporating MOF-808 functionalized with amino acids for enhanced CO2/CH4 separation

CO2/CH4分离性能在氨基修饰MOF-808填充的PIM-1混合基质膜中显著提升，实验与DFT模拟证实氨基与CO2的强相互作用主导选择性增强。

　　

本研究探讨了通过在具有内在微孔结构的聚合物（PIM-1）基质中引入氨基酸功能化的MOF-808（MOF-808@AA；AA = Lys、Arg和Cys），来提高混合基质膜（MMMs）对CO?/CH?分离性能的方法。含有10 wt% MOF-808@AA的MMMs是通过溶液浇铸法制备的。利用1H-NMR、FTIR、TGA、SEM、XRD、SAXS、N?/77 K和CO?/15 °C等温线以及高压CO?吸附实验，对PIM-1、MOF-808@AA以及所得MMMs的结构和物理化学性质进行了表征。综合表征结果表明，MOF-808@AA成功融入了PIM-1膜中，且PIM-1基质的纳米结构未发生明显改变。气体分离测试显示，加入MOF-808@AA填料后，CO?的渗透性和CO?/CH?的选择性均显著提高。在所测试的膜中，用赖氨酸（Lys）功能化的PIM-1/MOF-808@Lys膜表现出最佳性能，其CO?渗透性达到14,354 ± 201 Barrer，CO?/CH?选择性为26.4 ± 1.8。此外，还研究了老化效应，发现随着时间的推移，CO?渗透性略有下降，而选择性略有上升。在高压（高达6巴）条件下进行的单气体和混合气体实验表明，混合气体条件下的CO?渗透性略高于单气体实验结果，这表明这些MMMs在实际操作条件下具有应用于CO?/CH?分离过程的潜力。非弹性中子散射（INS）和密度泛函理论（DFT）计算证实，CO?分子更倾向于与AA功能化引入的氨基发生相互作用。DFT模拟进一步显示，虽然CO?和CH?可以吸附在相似的位点上，但CO?与氨基的相互作用能量大约是CH?的三倍。这些发现表明，MOF-808@AA填料能够显著提高基于PIM-1的MMMs对CO?的亲和性，相较于原始PIM-1或未经改性的PIM-1/MOF-808复合材料，提供了一种更有效的CO?/CH?分离方法。