Page 42 - 《精细化工》2022年第3期

·464· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

烧结。研究发现，随着烧结温度的升高，复合膜的 的应用价值，对比吸附剂吸附 CO 2 膜分离技术有着
平均孔径、孔容和孔隙率增加，而比表面积和抗弯 一定优势 [46] 。WANG 等 [35] 研究发现，添加 ATP 质
曲强度呈先增加后减少的趋势，说明 ATP 的加入可 量分数为 0.2%的复合膜气体渗透率最大，膜的透气
以提高膜的热稳定性，但温度过高，ATP 容易变形。 性提高了 2~3 倍，选择性略有下降。气体渗透性为
表 1 总结了部分 ATP 复合分离膜的力学性能。 241.34 MPa（H 2 ）、63.62 MPa（CO 2 ）和 38.45 MPa
ATP 加入到聚合物基膜中会产生新的交联点，当在 （O 2 ），H 2 /N 2 选择性为 31.6%、CO 2 /N 2 选择性为
一个聚合物链上施加载荷时，结合力将通过交联点 8.3%、O 2 /N 2 选择性为 5.0%。XIANG 等 [47] 制备了凹
将其横向传递到其他聚合物链上，减少载荷对膜的 凸棒石/聚醚嵌段聚酰胺（ATP/Pebax）混合基质膜。
影响。随着 ATP 加入量的增加，ATP 复合分离膜的 与原始 Pebax 膜相比，添加质量分数 1.7%的混合基
拉伸强度和杨氏模量都增加，而断裂伸长率先增加 质膜将 CO 2 渗透性从 5.60 MPa 提高到 7.70 MPa，
后降低，这是因为加入的 ATP 在膜中提供了增韧的 将 CO 2 /N 2 选择性从 40%提高到 52%，CO 2 渗透性的
局部区域，阻碍了裂纹和空穴的发展，提高了拉伸 增加归因于 ATP 对 CO 2 溶解度和扩散率的增加。该团
强度和杨氏模量，但 ATP 的过量添加降低了聚合物 队在 ATP-Pebax 混合基质膜基础上，进一步将 ATP-
膜的韧性 [42] ，从而降低了复合膜的断裂伸长率。 Pebax 沉积在 PAN 多孔载体上形成新的复合膜 [48] 。

表 1 不同 ATP 复合分离膜的力学性能 当添加质量分数 2%的 ATP 时，复合膜的 CO 2 /N 2 的
Table 1 Mechanical properties of different ATP composite 选择性比 ATP-Pebax 膜提高了 35%。AHMAD 等 [49]
separation membranes
研究发现，ATP 质量分数为 3.0%的 ATP/Pebax-1657
ATP 质 杨氏模量 拉伸强度 断裂伸长 参考 复合膜的 CO 2 的渗透性和 CO 2 /N 2 选择性分别为
膜材料 量分数
/% /MPa /MPa 率/(%±%) 文献 12.02 MPa 和 69.3%，但当 ATP 添加量进一步增加
PVDF/ATP-L 0 — 1.9±0.1 — [28] 会导致 CO 2 和 N 2 选择性降低，这种现象可归因于
1 — 2.3±0.2 — ATP 的大量聚集及 Pebax-1657 之间形成的氢键 [50] 。
4 — 2.4±0.1 — 此外，ATP 复合分离膜还被用于气溶胶及重金
7 — 1.9±0.1 — 属的过滤研究。WANG 等 [33] 制备用来捕获邻苯二甲
PVDF/ATP-S 0 — 1.9±0.1 —
酸二辛酯超细气溶胶粒子的 PAN/ATP 分级结构过
1 — 2.3±0.3 —
滤膜，在 ATP 质量分数为 20%时，过滤膜过滤效率
4 — 2.4±0.2 —
达到 97%。研究还发现，对 Cr(Ⅵ)的最大吸附量为
7 — 1.7±0.3 —
162.9 mg/g，这是由于酸改性 ATP 在 PAN 纳米纤维
CS/PVA/ATP50 0 — 36.0±0.1 99.9±0.2 [36]
上的吸附作用 [51] ，从而提高了复合膜的吸附效率。
3 — 58.5±0.4 132.8±0.7
ATP 复合分离膜在 CO 2 混合物分离上有着较高
5 — 52.0±0.1 109.2±0.2
PVDF/ATP 0 91.1±11.4 3.0±0.3 76.1±10.2 [43] 的选择性，且渗透性也随着 ATP 的加入有所提高，
0.5 95.4±13.5 3.0±0.3 61.6±19.2 ATP 复合分离膜制备方法简单，又具有良好的回收
1 92.6±10.2 2.7±0.1 44.5±6.1 性、对环境友好等特点，在 CO 2 混合物分离上的巨
4 104.2±10.0 2.9±0.1 44.9±5.8 大潜力值得继续深入研究。
7 127.1±16.0 3.1±0.1 43.7±2.7 3.2 ATP 复合分离膜在液体分离中的应用
10 142.2±22.2 3.5±0.2 46.9±9.7 3.2.1 膜通量测试
NFMs-PVA9/ATP 2 1800±10.0 12.5±0.1 1.9±0.1 [44]
膜渗透通量与膜的亲水性和孔结构有关，ATP
NFMs-PVA5/ATP 2 2200±10.0 9.6±0.1 1.4±0.1
较高的亲水性导致复合膜表面和水之间的界面能降
QPSF/ATP 0 1848±211 44.8±4.0 10.7±3.0 [45]
低，从而提高了膜的渗透性。LI 等 [45] 研究发现，季
1 1490±82 41.6±1.7 12.2±3.5
–7
铵盐功能化聚砜（QPSF）膜的甲醇渗透率为 4.2×10
3 1506±75 41.1±2.3 12.2±1.3 2
5 1177±175 24.2±3.7 3.1±0.9 cm /s ，而 QPSF/ATP 膜的甲 醇渗透率 在
–7
2
(4.4~5.8)×10 cm /s 范围内，在 ATP 质量分数为 5%
注：PVA9 和 PVA5 分别代表 PVA 的质量分数为 9%和 5%。
时，膜的甲醇渗透率达到最大。ATP 的加入增加了
复合膜中亲水域的间距，有效促进了离子的快速传
3 ATP 复合分离膜的应用
输。ZHU 等 [52] 研究发现，添加质量分数为 7%改性
3.1 ATP 复合分离膜在气体分离中的应用 ATP（MATP）的 PVDF/7MATP 膜的亲水性最好，
ATP 复合分离膜在 CO 2 混合物分离上有着较高 亲水性的增强使膜界面电阻率降低，从而加速了水