基于Fe-SO3?-金属-有机笼结构的混合基质膜，用于提高氦气的分离效果

《AIChE Journal?AIChE》：Fe-SO3?-metal–organic cage-based mixed matrix membrane for enhanced helium separation

金属有机笼（MOCs）作为先进混合基质膜（MMMs）的填料，因其可溶性和多孔结构备受关注。针对He/CH4分离的研究因缺乏合适MOCs而受限。本研究采用Fe-SO3^- MOC构建MMMs，Fe节点促进CH4吸附，SO3^-基团增强CH4选择性抑制渗透。制得Fe-SO3^-MOC-PI膜，实现43.38的He/CH4选择性（原膜1.05）和376.3 Barrer的He渗透性（原膜138.6），分别提升186%和174%，且长期测试性能稳定，验证了其在高效气体分离中的应用潜力。

　　

摘要

金属有机笼（MOCs）由于其可溶性离散分子和多功能空腔结构，成为构建先进混合基质膜（MMMs）的新兴填充材料。然而，针对氦气（He）与甲烷（CH₄）分离的MMMs研究仍较为有限，主要原因是缺乏具有合适金属节点和有机配体的MOCs。在本研究中，我们使用了一种具有双重吸附位点的MOC：一个是Fe开放金属位点，另一个是电负性的SO₃^?基团。这种可逆的CH₄吸附机制有效地阻碍了CH₄的渗透。所制备的Fe-SO₃^?-MOC–PI膜对He/CH₄的分离选择性达到了43.38，对He的渗透率达到了376.3 Barrer，分别比原始的PI膜高出186%和174%。该膜的整体性能也位居已报道的MMMs之中。其可扩展的制备工艺以及在长时间气体渗透测试中的稳定性能，进一步凸显了基于Fe-SO₃^?-MOC的MMMs在氦气分离应用中的潜力。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可从相应的支持信息文件中获取。图1A、C、D，图2D–F，图3C，图5，图7C，图8B–E中的数值数据以.zip文件的形式存储在支持信息中。图6F的数值数据在支持信息表S1中有详细列表。图6A–E，图7A、D的数值数据在支持信息的表格数据中也有详细记录。图6A、B和图7A中的误差条（如有显示）表示三次测量数据的分散情况，每次测量都使用了独立样本。未标注误差条的实验数据代表单次实验的结果。