基于6FCDA的氟化共聚酰亚胺微结构可调控性研究及其在先进碳分子筛膜制备中的应用

本文推荐：作者团队通过调控6FCDA基氟化共聚酰亚胺（FCPs）的单体比例（HQDEA-TADPS-DAM与ODA的1:1/1:3/3:1），成功制备了具有可调微孔结构的碳分子筛（CMS）膜。该材料在轻质烯烃/烷烃（C2H4/C2H6和C3H6/C3H8）分离中展现出优异的分子筛分性能（选择性达9-18），并通过热解温度（550°C）和单体工程策略解决了传统膜材料的渗透性-选择性权衡难题。

　　

Highlight

本研究通过精准调控6FCDA基氟化共聚酰亚胺（FCPs）的单体比例（DAM:ODA=1:1/1:3/3:1），实现了聚合物链堆积、自由体积和热稳定性的定向设计。热解后的碳分子筛（CMS）膜展现出显著的分子筛分效应——C₂H₄/C₂H₆选择性提升至9-10，C₃H₆/C₃H₈达16-18，突破了传统聚合物膜的"渗透性-选择性"平衡限制。

Experimental Section

材料：采用含氟二酐9-双(三氟甲基)-2,3,6,7-呫吨四甲酸二酐（6FCDA）与醚桥联二酐（HQDEA）共聚，配合磺基四胺（TADPS）及刚性/柔性二胺（DAM/ODA）构建非平面拓扑结构。所有单体未经纯化直接使用，确保合成效率。

Structural characterization

通过TGA-DTA、XRD和¹H NMR证实：FCP-11（1:1 DAM:ODA）具有对称π共轭结构，而FCP-13/FCP-31分别呈现柔性主导和刚性主导的特征（图2a-c）。氟原子的引入显著提升了材料的热稳定性（分解温度>500°C）和微孔生成能力。

Gas Separation

纯气体测试显示：FCP前驱体膜虽具有超高渗透性（C₂H₄达8.3×10⁶ Barrer），但选择性低；而CMS膜通过热解形成刚性微孔结构，渗透性降低（C₂H₄~377 Barrer）但选择性跃升10倍。双模式吸附模型揭示烯烃的Langmuir型吸附机制是性能提升的关键。

Conclusions

6FCDA-HQDEA-TADPS体系通过单体比例调控，实现了从聚合物前驱体到CMS膜的全链条性能优化。该工作为开发兼具高选择性和抗老化特性的工业分离膜提供了新范式。