化石燃料燃烧产生的二氧化碳（CO₂）排放引起了严重的环境问题。探索经济有效且可扩展的从排放源中捕集碳技术被认为是减少人为CO₂排放的最有效策略之一。人们广泛研究了各种碳捕获技术，例如物理吸附，化学吸收，和膜分离技术。其中，膜分离技术具有高能效，低资本投资，操作简单以及可灵活扩展规模等许多固有的优势。尽管聚合物膜自1980年代以来就已经成功地商业化，但是渗透率（P）与选择性（α）两个性能难以兼得。合理的设计和制备新颖的纳米多孔聚合物材料来解决这一问题是一个较大的挑战。

有鉴于此，美国田纳西大学的Zhenzhen Yang博士对前期田纳西大学的戴胜教授和美国橡树岭国家实验室的Ilja Popovs等人合作发表的题为” Surpassing Robeson Upper Limit for CO₂/N₂ Separation with Fluorinated Carbon Molecular Sieve Membranes”的论文进行了评述。

本文要点

1）通过使用超酸催化三聚法合理设计含有氟原子和醚基的芳族腈单体，制备了氟化三嗪基膜（FTM）。随着膜骨架中氟含量的增加，TMs的CO₂吸附和分离性能得到显著改善。

2）热解后得到的功能化三嗪基、氟原子和醚基的N-、O-和f -掺杂的纳米多孔碳分子筛膜表现出固有的超微孔（0.5–1.0 nm），表面积高达733 m² g^-1。该纳米多孔碳分子筛膜表现出优异的CO₂吸附能力，在273 K为4.92 mmol g^-1，在298 K为3.88 mmol g^-1，而且表现出优异的单一气体CO₂/N₂选择性，分别为48.7±1.2（273 K）和41.0±1.1（298 K）。

3）通过调节热解温度，可以达到理想的CO₂渗透率和和CO₂/N₂选择性，超过了Robeson的上限。此外，掺有N，O，F的多孔碳质膜在高达585°C的空气中显示出良好的热稳定性。

总之，该工作通过一种通用的设计方案，制备得到氟化膜，大大提高了CO₂分离性能，有望用于高效CO₂分离。

参考文献：

1. Zhenzhen Yang et al. Enhanced CO₂ Separation Achieved by Fluorinated Membranes. Chem, 2020.

DOI: 10.1016/j.chempr.2020.02.012

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.02.012

2. Zhenzhen Yang et al. Surpassing Robeson Upper Limit for CO₂/N₂ Separation with Fluorinated Carbon Molecular Sieve Membranes. Chem, 2020.

DOI: 10.1016/j.chempr.2019.12.006

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.12.006