CO2/CH4分離のための単純な表面コーティングを介した超高透過透過中空繊維膜の開発

ほとんどの研究者は、CO2/CH4分離のために非常に選択的な膜の開発に焦点を当てていましたが、発達した膜はしばしば透過性が低くなりました。この現在の研究では、単純なコーティング技術を使用して膜浸透と選択性のトレードオフを克服するための単純なコーティング技術を使用して、超高浸透膜を開発することを目指しました。優れた透過性が低いCO2/CH4選択性（2〜3の範囲）を備えた市販のシリコン膜が、表面修飾の宿主として選択されました。私たちの結果は、テストされた3つのシラン剤のうち、テトラエチルオルソシリケート（TEO）のみが対照膜の浸透と選択性を改善することを明らかにしました。これは、その短い構造チェーンとシリコン基質とのより良い互換性が原因である可能性があります。さらなる調査により、2層のTEOで膜をコーティングすることにより、より高いCO2透過性と選択性が得られることが明らかになりました。TEOSコーティングされた膜の表面の完全性は、TEOS層の上に追加のポリエーテルブロックアミド（PEBAX）層が確立された場合、さらに改善されました。この追加の層は、TEOS層のピンホールを密封し、結果として得られる膜のパフォーマンスを強化し、CO2/CH4選択性を〜2.3×105バラーのCO2浸透で達成しました。このパフォーマンスにより、2008年のロベソン上境界を上回るために、開発された膜が配置されました。

Most researchers focused on developing highly selective membranes for CO2/CH4 separation, but their developed membranes often suffered from low permeance. In this present work, we aimed to develop an ultrahigh permeance membrane using a simple coating technique to overcome the trade-off between membrane permeance and selectivity. A commercial silicone membrane with superior permeance but low CO2/CH4 selectivity (in the range of 2-3) was selected as the host for surface modification. Our results revealed that out of the three silane agents tested, only tetraethyl orthosilicate (TEOS) improved the control membrane's permeance and selectivity. This can be due to its short structural chain and better compatibility with the silicone substrate. Further investigation revealed that higher CO2 permeance and selectivity could be attained by coating the membrane with two layers of TEOS. The surface integrity of the TEOS-coated membrane was further improved when an additional polyether block amide (Pebax) layer was established atop the TEOS layer. This additional layer sealed the pin holes of the TEOS layer and enhanced the resultant membrane's performance, achieving CO2/CH4 selectivity of ~19 at CO2 permeance of ~2.3 × 105 barrer. This performance placed our developed membrane to surpass the 2008 Robeson Upper Boundary.