基于6FCDA的氟化共聚酰亚胺膜：高渗透通量与选择性C2H4/C2H6和C3H6/C3H8分离性能研究

为解决传统低温蒸馏分离轻质烯烃/烷烃的高能耗问题，研究人员设计了两类含羧基和三氟甲基的6FCDA基氟化共聚酰亚胺膜（6FCDA-TADPS-4,4′-6F和6FCDA-TADPS-TFDB），通过调控聚合物链堆积和溶剂诱导成膜策略，实现了C2H4/C2H6和C3H6/C3H8的高效分离（渗透通量达2×106 Barrer），为工业气体分离提供了低能耗解决方案。

　　

在当今能源密集型工业中，轻质烯烃（如乙烯C₂H₄和丙烯C₃H₆）与对应烷烃的分离过程消耗了全球0.3%的能源，传统低温蒸馏技术的高能耗问题亟待突破。膜分离技术因其低能耗和模块化优势成为理想替代方案，但聚合物膜普遍面临渗透性与选择性此消彼长的"trade-off"效应。针对这一挑战，美国研究团队在《Journal of Membrane Science》发表创新成果，通过分子设计开发出两类基于六氟环戊二烯二酐(6FCDA)的氟化共聚酰亚胺膜材料，实现了烯烃/烷烃的高效分离。

研究团队采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振(¹H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等技术表征聚合物结构，通过X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)分析材料形态，结合变温变压气体渗透实验和Clausius-Clapeyron热力学模型，系统评估了膜材料的分离性能与作用机制。

材料设计与结构表征
通过调控含羧基的4,4′-6F二胺与全氟化TFDB二胺的配比，合成出两种具有差异链刚性的共聚物。GPC分析显示含TFDB的FCP-2具有更高分子量(M_w=38,200 g/mol)和更低多分散指数(PDI=1.14)，XRD证实其自由体积分数(FFV)增加至0.23，为气体扩散创造更多通道。

溶剂效应与膜性能
对比THF和NMP两种溶剂成膜发现：THF制备的膜因快速挥发形成松散链堆积，使C₂H₄渗透通量提升至2×10⁶ Barrer，较NMP膜提高近3倍。双模式吸附实验揭示材料同时存在Henry定律溶解和Langmuir吸附，其中丙烯C₃H₆吸附热高达10.5 mmol/g，显著优于传统6FDA基材料。

性能对比与机制解析
与文献报道的6FDA-TADPS-DAM膜相比，6FCDA-TADPS-4,4′6-F对C₃H₆的吸附容量提升40%，归因于邻位羟基引发的分子内氢键动态调控自由体积。Clausius-Clapeyron分析证实氟化骨架与烯烃π键的特异性相互作用是选择性提升的关键。

该研究开创性地将氢键供体与氟化骨架结合，建立了"自由体积调控-特异性吸附-选择性扩散"的协同机制。所开发的膜材料在保持1.0-1.2选择性的同时实现超高渗透通量，为工业规模烯烃纯化提供了革命性解决方案。这项工作不仅拓展了6FCDA基材料在气体分离领域的应用，其提出的"双功能单体设计"策略更为高性能分离膜开发提供了普适性指导。