二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

摘要 以钛酸四丁酯为前驱体，采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯（TiO2-GO）复合物，再将TiO2-GO复合物与4，4'-（六氟异亚丙基）邻苯二甲酸酐和4，4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO2-GO/TiO2-GO/PI（聚酰亚胺）混合基质膜，用于CO2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、热失重（TG）和Zeta电位等表征了TiO2-GO复合物和TiO2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构；探讨了TiO2掺杂量对TiO2-GO复合物及TiO2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明，TiO2-GO复合物中TiO2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上，TiO2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构，使其无序度增加.TiO2的掺杂对TiO2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小，但提升了TiO2-GO/PI混合基质膜的CO2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO2粒子在GO片层上团聚，从而导致TiO2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差，CO2渗透性及CO2/N2渗透选择性降低.当TiO2掺杂质量分数为30%时，TiO2-GO/PI混合基质膜的CO2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10-10cm3（STP）·cm/（cm2·s·cm Hg）=7.5×10-14cm3（STP）·cm/（cm2·s·Pa）]，CO2/N2的渗透选择性可达31