石墨烯 /聚酰亚胺气体分离炭膜的设计与构筑

炭膜是一种新型的多孔性炭基膜材料，具有发达、可区分气体分子的纳米级超细微孔结构.研究表明，炭膜的气体渗透性较前驱聚合物材料提高 1~3 个数量级，气体选择性也有较大提高，是一种极有发展前景的气体分离膜材料。而如何通过结构设计开发新型膜材料，从而制备出具有高渗透性、高选择性的气体分离炭膜已成为膜技术领域所关注的热点及主要研究方向。

氧化石墨烯是一种具有单原子厚度、二维空间结构的碳材料,其片层上含有很多含氧活性基团，具有较高的比表面能、良好的亲水性和机械性能，被认为是制备分离膜的良好的材料。本文以功能化氧化石墨烯（氨基化GO-APTMS 及羧基化 GO-COOH)为活性基团，99-双(4-氨基苯基芴)(BAF)、9,9-双（3-氨基-4-经基苯基）芴 (BAHF）、六氟二酥(6FDA)为聚合物单体原位合成功能化 GO/聚酰亚胺聚合物，并经成膜、千燥和炭化等过程制备石墨烯/聚酰亚胺炭膜.条用 ATR-FTIR、XPS、XRD、TG、FESEM 等技木対功能化 GO 的枸以及功能化GO/聚酰亚胺聚物膜及石墨烯/聚酰亚胺炭膜的热稳定性、表面及微结构进行表征，测试了石墨烯/聚酰亚胺炭膜的气体分离性能，并探讨了功能化 GO 的添加量对石墨烯/聚酰亚胺炭膜气体分离性能的影响．研究结果表明，在聚合物前驱体合成过程中原位引入经氨基和羧基功能化的 GO 活性基团可以使 GO 均匀地分散在聚合物基质中;所制备的功能化 GO/聚酰亚胺聚物膜不仅具有良好的热稳定性，同时经炭化制备的石墨烯/聚酰亚胺炭膜，在保持气体渗透性能能基本不变的情況下显著地提高了其气体选择性;并随着功能化GO 添加量的增加，所制备的石墨烯/聚酰亚胺炭膜的气体选择性明显提高，而气体渗透性则出现峰值． 当添加量为0.5wt.％,所制备的石墨烯/聚酷亚胺炭膜对HeO、Ne、COa、CH.气体的渗透通量分别为 7897.2 202、245、1 1735、236 Barrer;O/Ne、COg/N、CO/CH 分別9.0,47.9、49.7.

关键词：氧化石墨烯;功能化政性;炭膜;原位聚合;气体分离