离子液体接枝壳聚糖/聚乙二醇共混膜高效分离硫化氢(H2S)的创新研究

本文创新性地通过1-溴己基-3-甲基咪唑溴盐([Brhmim]Br)对壳聚糖(CS)进行烷基化改性，开发出水溶性离子液体接枝壳聚糖(ICS)膜，并引入聚乙二醇(PEG)提升H2S分离性能。该膜在混合气(H2S/CO2/CH4=20/20/60 vol%)测试中展现出1100 Barrer的高渗透性和优异选择性(H2S/CH4~24，H2S/CO2~11)，为天然气脱硫提供了绿色可持续的膜材料设计新思路。

　　

Highlight

本研究通过[Brhmim]Br离子液体对壳聚糖(CS)进行胺基烷基化改性，成功制备出水溶性离子液体接枝壳聚糖(ICS)膜。引入聚乙二醇(PEG)后，其塑化能力和与H₂S的可逆氢键相互作用显著提升了分离性能。

Materials

实验采用H₂S/CO₂/CH₄(20/20/60 vol%)混合气体(纯度>99.99%)，壳聚糖(CS，脱乙酰度90%，M_w 200 kDa)、聚乙二醇(PEG200/400/600/1000)等试剂均购自标准供应商。

Effect of ionic liquid addition

[Brhmim]Br的¹H和¹³C核磁谱图证实其结构正确(图S3)。FT-IR显示618 cm^-1处C-Br键特征峰，证实IL成功接枝。ICS膜在1560 cm^-1处出现新峰，对应咪唑环C=N振动，而CS的-NH₂特征峰(1590 cm^-1)消失，证明胺基烷基化反应发生。

Conclusion

通过[Brhmim]Br改性实现了ICS膜的水相加工，PEG200-50%共混膜在混合气测试中展现出最优性能：H₂S渗透率达1100 Barrer，H₂S/CH₄和H₂S/CO₂选择性分别达24和11。量子化学计算揭示IL和PEG与H₂S的可逆氢键作用是其高效分离的关键机制。