聚酰亚胺因其良好的机械性能和热稳定性能被广泛应用于气体分离，而天然气田中二氧化碳的典型分压为10 bar，高压二氧化碳/甲烷混合气体条件下，许多聚合物膜因塑化效应导致选择性普遍较低，显著降低膜工艺的经济性。

中科院过程工程研究所离子液体研究部在聚酰亚胺中引入具有较高刚性的基团苯并咪唑基团，并对其进行离子化，通过改变含苯并咪唑单体的比例得到了不同比例和不同离子化程度的共聚物。苯并咪唑基团中的-NH基团和相应的离子基团通过氢键和静电作用收紧微孔结构，并限制了聚合物链的迁移。

BET比表面积和d-间距值随苯并咪唑摩尔含量或离子化程度的增加而减小。渗透性能的结果与上述结果一致，随苯并咪唑摩尔含量或离子化程度的增加，二氧化碳扩散系数降低，从而降低了气体的渗透性；而同时扩散选择性和溶解选择性增加，提高了二氧化碳/甲烷的选择性。苯并咪唑基共聚酰亚胺膜和离子共聚酰亚胺膜在高压混合气条件下表现出非常高的二氧化碳/甲烷选择性。在20 bar总压下，共聚物PI-0.75膜的二氧化碳渗透性为27 Barrer, 二氧化碳/甲烷选择性为47。该膜的性能远远高于用于目前用于天然气脱碳的最先进的商用三醋酸纤维素和聚醚砜膜等。

聚合物的易合成和微孔可调性，以及优良的混合气体分离性能，使本研究制备的共聚亚胺膜具有经济的膜气调质性能。

图1. 通过缩聚合成苯并咪唑基聚酰亚胺和离子型聚酰亚胺

（图片来源：Separation and Purification Technology, 2022, 282, 120091）

图2. 苯并咪唑基聚酰亚胺和离子化聚酰亚胺在10 bar二氧化碳分压下的性能与商用聚合物的性能对比

（图片来源：Separation and Purification Technology, 2022, 282, 120091）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120091

文章信息：Wei Xie, Yang Jiao, Zhili Cai, Hongyan Liu, Lili Gong, Wei Lai, Linglong Shan, Shuangjiang Luo*, Highly Selective Benzimidazole-Based Polyimide/Ionic Polyimide Membranes for Pure- and Mixed-Gas CO₂/CH₄ Separation, Separation and Purification Technology, DOI: 10.1016/j.seppur.2021.120091