聚苯胺材料在CO2分离膜中的应用研究进展

张清，王永洪,2

(1.太原理工大学 化学化工学院，山西 太原 030024；2.气体能源高效清洁利用山西省重点实验室，山西 太原 030024)

碳基化石燃料(煤、石油和天然气)等能源需求的快速增长导致全球CO2排放量增加[1]，2019年底，全球燃烧化石燃料产生的CO2排放量预计高达368亿 t，大量CO2排放加剧了全球温室效应[2]。因此CO2的分离和捕集具有重大意义。相比于传统CO2分离技术，膜分离是绿色、低碳、高效率的分离技术[3]。随着膜分离技术的发展，分离CO2的膜材料种类少以及膜结构难以调控等问题限制了高性能膜的发展[4]。

聚苯胺的结构多样，形态可控以及化学稳定性好，近年来，从聚苯胺材料的制备上和复合改性方面进行深入研究，尤其具有规则形貌的聚苯胺纳米材料与有机聚合物复合减小了结构、性质上的差异，有其独特的优点，在CO2分离领域显示出极大优势。

1 聚苯胺的物理化学性质

聚苯胺分子结构因其分子链上苯环-醌环两种结构单元的比例不同，显示出3种状态，即全还原态、中间氧化态和全氧化态[5]。其分子链上含有苯环结构，产生了相对刚性的聚合物链。导致聚苯胺材料难溶并且可加工性能差，限制了聚苯胺的应用，为了改善其溶解性，降低分子间的相互作用，制备纳米结构的聚苯胺一方面可以实现溶剂化处理[6]，另一方面纳米聚苯胺具有高比表面积、高孔隙率和小的尺寸效应使气体在膜中具有更高的扩散系数[7]。除此之外，在分子链上引入溶剂化的对阴离子即功能酸掺杂可制备可溶性的聚苯胺,掺杂也会影响聚苯胺的亲疏水性[8]。……