综述：聚苯并咪唑基膜在高效分离与能源输送中的研究进展

本综述系统评述了聚苯并咪唑（PBI）基膜在苛刻环境下的前沿应用，包括有机溶剂纳滤（OSN）、高温H2/CO2分离、质子交换膜燃料电池（PEMFCs）和液流电池（RFBs）。作者团队从PBI合成、膜制备、改性策略到性能优化展开多维度分析，为开发高机械强度、耐热化学稳定的先进分离膜提供了重要参考。

　　

PBI聚合物合成

聚苯并咪唑（PBI）的合成主要通过熔融/固相聚合（1961年首创）和溶液聚合（1964年采用多磷酸PPA）两种路线。以四氨基联苯（TAB）与间苯二甲酸二苯酯（DPIP）为原料，经260°C预聚后研磨成粉，再通过400°C高温处理获得高分子量产物。其芳杂环结构赋予材料卓越的热稳定性（玻璃化温度425-436°C）和氧化抗性，在570°C下重量损失不足5%。

PBI基膜制备技术

针对不同应用场景，PBI膜可采用溶液浇铸法（质子交换膜）、非对称复合结构（气体分离）或中空纤维膜（液体分离）。酸掺杂（如磷酸）是提升质子传导率的关键步骤，而相转化法则用于构建具有梯度孔隙的分离层。

膜改性策略

• 交联改性：通过二溴戊烷等交联剂增强溶胀抗性，使OSN通量提升3倍

• 共混优化：与聚醚酰亚胺（PEI）共混可调节H₂/CO₂选择性至12.5

• 纳米复合：引入MOFs材料ZIF-8使甲醇渗透率提高400%

OSN应用突破

在有机溶剂纳滤领域，交联PBI膜对分子量200-1000 Da的溶质截留率达98%，耐受DMF、THF等强溶剂。通过表面磺化处理，对药物分子（如万古霉素）的分离因子提升至22。

能源领域表现

作为质子交换膜时，磷酸掺杂PBI在160°C下电导率达0.25 S/cm，远超Nafion膜的高温性能。在液流电池中，季铵化PBI膜展现10^-2 mS/cm的超低钒渗透率。

挑战与展望

当前瓶颈包括规模化生产成本高、长期稳定性数据不足。未来需开发绿色合成工艺，并建立膜性能衰减预测模型。仿生矿化涂层和动态共价网络可能是突破化学稳定性极限的新方向。