聚丙烯腈纳米多孔纤维膜用于二氧化碳捕集研究取得重要进展

近期，我校纺织学院王先锋研究员在聚丙烯腈纳米多孔纤维膜用于燃烧后二氧化碳捕集的研究方面取得了重要进展，相关研究成果以“Balsam-Pear-Skin-Like Porous Polyacrylonitrile Nanofibrous Membranes Grafted with Polyethyleneimine for Postcombustion CO₂ Capture”为题，发表在界面材料研究领域权威杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 41087-41098），东华大学为唯一署名单位。论文的第一作者为纺织学院16级博士生张宇菲。

聚乙烯亚胺接枝的聚丙烯腈纳米多孔纤维膜吸附CO₂示意图

    全球范围内CO₂的大量排放造成严重的全球变暖、海平面上升以及一系列的环境问题，这将对环境和公共卫生产生严重威胁。因此，CO₂捕集引起了广泛的关注，迫切需要发展碳捕获与存储（CCS）技术来减少全球二氧化碳的过度排放。含氨基的CO₂吸附剂已被大量研究，然而多数吸附剂以颗粒或粉末状形式存在，易造成气流管道堵塞和吸附剂难以回收。为了解决上述问题，亟需开发一种柔性、连续、且具有一定强度和多孔结构的固体吸附材料，有望应用于CO₂吸附领域。静电纺纳米纤维膜由于其生产成本低廉、比表面积大、易设计的孔结构、优异的连续性和柔性以及易被改性等特征，可作为一种理想的CO₂吸附材料。

为此，研究者通过将静电纺丝、造孔、水解反应和接枝技术相结合，成功制备了柔性且具有一定强度的聚乙烯亚胺接枝聚丙烯腈纳米多孔纤维膜（HPPAN-PEI）。该纳米纤维具有类苦瓜表皮的粗糙多孔结构，是一种优异的CO₂吸附材料。由于多级孔结构的存在和氨基的接枝，HPPAN-PEI纳米纤维膜在40℃下具有1.23mmol/g的CO₂吸附能力、优异的CO₂/N₂选择性（27）、良好的热稳定性和高达11.1MPa的强力，且在20次吸/脱附循环测试后CO₂吸附性能仍保留最初的92%，表明HPPAN-PEI纳米纤维膜是一种潜在的用于燃烧后CO₂捕集的固体吸附材料。因此，这项工作为制备具有多孔结构的纳米纤维膜基固体吸附材料应用于高效燃烧后CO₂捕集领域提供了新思路。