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齐齐哈尔大学藏雨:含氟共轭微孔聚合物的合成及其在高效油水分离中的应用

学术动态    2022-06-13 16:09

DOI: 10.1016/j.micromeso.2022.111990

 

本研究通过Sonogashira偶联聚合法合成了两种含氟共轭微孔聚合物(CMP-F)。CMP-F粉末表现出高产率、高孔隙率、高热稳定性和高达128°的水接触角。由于其高疏水性,CMP-F聚合物被用作制造油/水分离混合基质膜(MMMs)的填料。首次以聚酰亚胺为基体,采用静电纺丝法制备了CMP-F/PI MMMs。CMP-F/PI MMMs对所有测试的油(如甲苯、乙酸乙酯、己烷、CCl4和汽油)与水的分离效率至少为99.5%。循环15次,己烷的最大通量达到13500L/(m2∙h),分离效率稳定保持在99.5%左右。令人惊讶的是,MMMs显示出高效的柴油/水分离性能,分离效率高达99.7%,众所周知,由于柴油成分复杂且粘度高,难以将其与水有效分离。此外,CMP-F/PI MMMs还可以分离甲苯包水乳液,分离效率高达99.1%。总体而言,CMP-F/PI MMMs在乳液分离中具有很高的应用潜力。

 

图1.a)和b)CMP-FN和CMP-FO的固态13C-NMR光谱。c)和d)CMP-FN和CMP-FO的FT-IR。

 

图2.a)和b)CMP-FN和CMP-FO的N2吸附等温线。c)和d)CMP-FN和CMP-FO的HK孔径分布曲线。e)和f)CMP-FN以及不含全氟烷基取代基的CMP的示意图3D模型。

 

图3.a)CMP-FN的水和油(CCl4)接触角的照片。b)CMP-FO的水和油(CCl4)接触角的照片。c)CMP-FN在乙酸乙酯(EtOAc)中下沉(左)以及在水面漂浮(右)的照片,d)CMP-FO在乙酸乙酯中下沉(左)以及在水面漂浮(右)的照片。

 

图4.含有不同比例氟化共轭微孔聚合物的混合基质膜的SEM:a)0.1%;b)0.2%;c)0.3%;d)0.6%。

 

图5.用不同含量的CMP-FN制备的CMP-F/PI纤维膜的水接触角测量值。

 

图6.稳健性试验的照片。a)砂纸磨损循环过程;b)使用砂纸进行磨损试验的示意图;c)每次磨损试验后的水接触角。

 

图7.油水分离实验照片。分离实验的初始状态和最终状态:甲苯(红色)/水(蓝色)(a,d);CCl4(红色)/水(蓝色)(b,e);柴油(浅黄色)/水(蓝色)(c,f)。

 

图8.a)油水分离效率;b)CMP-FN/PI MMMs的CCl4/水分离循环性能;c)六种不同有机溶剂的通量。

 

图9.a)和c)甲苯包水乳液分离前后的光学显微镜图像;b)甲苯包水乳液分离前后的数字图像;d)和e)分离前后甲苯包水乳液的粒度分析。

 

图10.不同压降下甲苯包水乳液的通量和分离效率。

 

图11.a)PI静电纺丝膜,b)CMP-FN和c)CMP-FN/PI MMMs的SEM图像。