基于聚(1,3-二氧戊环)三元共聚物膜的CO2分离技术研究

《Journal of Membrane Science》：Poly(1,3-Dioxolane)-Containing Terpolymer Membranes for CO 2 Separations

本工作通过超强酸催化聚合开发了一种无醚键、超磺化的聚(联苯-三氟丙酮)(SPBTA)膜，其独特的弱相分离形态(< 0.1 Ω cm2)和超高分子量(Mw > 300 kDa)使全钒液流电池在200 mA cm-2下实现81.33%能效并稳定运行2200次，公斤级生产成本较Nafion降低70%(～$140 m-2)，为离子交换膜(IEM)的工业化提供了新范式。

　　

Highlight

SPBTA-x膜通过超强酸催化聚合构建了无醚键超磺化结构

独特的弱相分离形态形成互联离子通道(< 2 nm)

同步实现低面电阻(< 0.1 Ω cm²)与高离子选择性

超高分子量(Mw > 300 kDa)赋予卓越化学稳定性

千克级量产成本较Nafion降低70%(～$140 m^-2)

Materials

浓硫酸与发烟硫酸(10 wt%)购自北京同光精细化工公司，二氯甲烷购自上海泰坦科技，三氟丙酮、三氟苯乙酮与三氟甲磺酸购自上海阿拉丁生化科技，联苯购自上海麦克林生化科技，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)购自中国国家试剂公司。

Synthesis of SPBTA-x

本研究通过超强酸催化下的单步傅-克聚合制备了主链无醚键的聚(联苯三氟丙酮-三氟苯乙酮)(PBTA)。在强酸条件下进行后磺化反应，成功制备系列超磺化芳烃聚合物(SPBTA-x)，其中x代表离子交换容量(IEC, mmol g^-1)。通过¹H NMR验证了PBTA与SPBTA-x的结构(图S1)。

Conclusions

我们成功开发了具有无醚键主链的新型超磺化芳烃膜(SPBTA-x)。与传统追求明确相分离的质子交换膜设计理念不同，SPBTA-x膜通过独特的弱相分离形态与互联离子传输通道，在实现快速质子传输的同时有效阻隔钒离子渗透，为液流电池膜材料提供了创新设计思路。