综述：基于聚氨酯的膜在增强CO2分离中的全面评述：从分子工程到工业可扩展性

这篇综述系统阐述了聚氨酯（PU）膜在气体分离（GS）领域的最新进展，重点探讨了其分子设计、合成策略（如共聚、交联和混合基质膜MMMs）、性能优化（突破Robeson上限）及工业应用挑战（如塑化效应和薄层复合TFC制备）。通过分析PU的硬段（HS）/软段（SS）微相分离结构、CO2亲和性（醚氧基团）及纳米填料（MOFs、GO等）的协同效应，为开发高性能CO2/N2和CO2/CH4分离膜提供了系统指导。

　　

聚氨酯膜：气体分离领域的分子工程革命

引言
全球CO₂浓度以每年2 ppm的速度增长，推动了对高效捕获技术的需求。膜分离技术因其低能耗、操作简便等优势成为研究热点，而聚氨酯（PU）凭借其可调的微相分离结构和优异的机械性能脱颖而出。

PU的结构与合成
PU由硬段（HS，如MDI/TDI）和软段（SS，如PTMG/PEG）通过氨基甲酸酯键连接而成。通过调控HS/SS比例（如1:3:2的PTMG-HDI-BDO体系），可形成纳米级微相分离结构，其中SS提供CO₂传输通道，而HS增强机械强度。合成方法包括一步法和预聚体法，后者可精确控制分子量分布。

性能优化策略
1. 共聚改性
引入聚二甲基硅氧烷（PDMS）或聚环氧乙烷（PEO）可显著提升CO₂渗透性（达984 Barrer），但会牺牲选择性。例如，PAES-PEO共聚物通过刚性HS限制链段运动，使CO₂/N₂选择性提升至46。

2. 交联增强
紫外光固化交联（如HEMA交联剂）可将抗塑化压力从10 bar提升至30 bar。酯交联的XLPU-ODA膜更展现出600%的硬度提升。

3. 纳米填料协同

• MOFs：ZIF-8的3D孔道使CO₂渗透性提高89%（140 Barrer）
• 石墨烯：1 wt% GO通过π-π相互作用将CO₂/N₂选择性从17提升至55
• 双填料系统：SiO₂/TiO₂（20 wt%）在PU中形成互穿网络，平衡渗透性与选择性

工业应用挑战
薄层复合膜（TFC）面临界面剥离风险，UV固化的APUA/PSf复合膜通过化学键合解决了这一问题。而中空纤维PU膜的大规模制备仍需突破填料分散（如CNT团聚）和长期稳定性（如物理老化）等瓶颈。

未来展望
非异氰酸酯PU（NIPU）和新型纳米材料（如MXene、COFs）是下一代研究方向。通过机器学习优化填料-聚合物界面设计，或可实现CO₂/N₂分离性能超越2019年Robeson上限的突破。