DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.110955
多孔有機聚合物具有良好的納米多孔結構和優異的比表面積，尤其是在各種分離應用中具有廣闊的發展前景。在保持功能特性和均勻孔隙率的同時，迫切需要開發出具有改進結構和機械柔性的大型制備裝置。本文報道了一種基于氨基功能化超交聯聚合物納米粒子（AHCPNPs）的柔性大尺寸納米多孔膜的制備方法，該膜可提供良好的CO2捕集能力和油水分離效率。采用靜電紡絲技術以及對苯二異氰酸酯對PVA鏈段的后交聯，制備了由聚乙烯醇（PVA）和高含量AHCPNPs（80w％）組成的交聯PVA/納米顆粒（CPVANPs）膜。分米級CPVANPs膜具有清晰的纖維結構、分層多孔結構以及較高的機械強度（136.8MPa），比表面積高達258.3 m2 g-1，二氧化碳捕獲能力極高，達到35.4w％（8.1mmol）。另一個優勢在于其可實現高效的油水吸附和/或與高粘度油（蓖麻油為55.9 g g-1）和乳化油（97％SE）分離。該制備方法為設計用于氣體和油-水分離的柔性大尺寸分層納米多孔膜開辟了一條新的途徑。
圖1.典型AHCPNPs-90K的表征分析：（A）FESEM圖像，（B）TEM圖像，（C）N2吸附-解吸曲線，（D）孔徑分布曲線。典型的AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成的。
圖2.CPVANPs膜的形態、力學性能和元素分析。（A）PVA纖維，（B）CPVA纖維，（C）PVANPs-90K纖維，（D）CPVANPs-90K纖維的FESEM圖像。（E）CPVANPs-90K膜的光學照片。（F）CPVANPs-90K膜的柔性測試。（G）PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的應力-應變曲線。（H）AHCPNPs、PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的FT-IR曲線。典型AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成的。PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜是以質量比為1:1的PVA與納米粒子進行靜電紡絲制備而成的。在相同10w％PVA溶液中靜電紡絲制備所有膜。
圖3.CPVANPs-90K膜的孔性質和CO2捕集能力。（A）典型PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的N2吸附-解吸曲線。（B）PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的孔徑分布曲線。（C）CPVANPs-90K膜的CO2吸附能力。（D）CPVANPs-90K膜的BET CO2吸附-解吸循環。典型AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成的。PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜是以質量比為1:1的PVA與納米粒子進行靜電紡絲制備而成的。在相同10w％PVA溶液中靜電紡絲制備所有膜。
圖4.CPVANPs-90K膜的油水分離性能表征。（A）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的水接觸角。插圖是膜的水接觸角圖像。（B）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的吸油率。（C）油水分離設備的光學圖像。乳化油的光學圖像：（D）分離前，（E）分離后。（F）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的分離效率。（G）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的水通量。典型AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成的。以1:1的PVA與納米粒子質量比靜電紡絲制備PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜。在相同的10w％PVA溶液中靜電紡絲制備所有膜。
圖5.含不同AHCPNPs的電紡CPVANPs膜的形態學表征。（A）CPVANPs-90K膜，（B）CPVANPs-60K膜，（C）CPVANPs-30K膜，（D）CPVANPs-3K膜的FESEM圖像。AHCPNPs分別是由PtBA（30K）-b-PS（90K）、PtBA（30K）-b-PS（60K）、PtBA（30K）-b-PS（30K）和PtBA（30K）-b-PS（3K）以及質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成的。所有膜均以1:1的PVA與納米粒子質量比，使用10w％PVA溶液進行靜電紡絲制備而成。
圖6.以不同的PVA與AHCPNPs質量比電紡絲制備CPVANPs膜的形態學表征。（A）CPVANPs-1:1，（B）CPVANPs-1：2，（C）CPVANPs-1:3，（D）CPVANPs-1:4的FESEM圖像。用相同的PtBA（30K）-b-PS（90K）和質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成了所有AHCPNPs。在PVA與納米顆粒質量比為1:1、1:2、1:3和1:4的條件下，使用相同的10w％PVA溶液進行靜電紡絲制備所有膜。
圖7.用不同AHCPNPs電紡絲制備的CPVANPs膜的孔性能、力學性能和CO2捕集能力。（A）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的N2吸附-解吸曲線。（B）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的孔徑分布曲線。（C）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的CO2吸附能力。（D）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的應力-應變曲線。分別用PtBA（30K）-b-PS（90K）、PtBA（30K）-b-PS（60K）、PtBA（30K）-b-PS（30K）和PtBA（30K）-b-PS（3K）以及質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成AHCPNPs。以1:1的PVA與納米粒子質量比，在10w％PVA溶液中靜電紡絲制備所有膜。
圖8.以不同的PVA與AHCPNPs質量比電紡絲制備CPVANPs膜的孔特性、力學性能和CO2捕集能力。（A）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的N2吸附-解吸曲線。（B）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的孔徑分布曲線。（C）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜對CO2的吸附能力。（D）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的應力-應變曲線。用相同的PtBA（30K）-b-PS（90K）和質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成了所有AHCPNPs。在PVA與納米顆粒質量比為1:1、1:2、1:3和1:4的條件下，使用相同的10w％PVA溶液進行靜電紡絲制備所有膜。
圖9.用不同AHCPNPs電紡絲制備的CPVANPs膜的油水分離特性分析。（A）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的水接觸角。插圖是膜的水接觸角圖像。（B）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的吸油率。（C）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的分離效率。（D）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的水通量。分別用PtBA（30K）-b-PS（90K）、PtBA（30K）-b-PS（60K）、PtBA（30K）-b-PS（30K）和PtBA（30K）-b-PS（3K）以及質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成AHCPNPs。所有膜均以1:1的PVA與納米粒子質量比，使用10w％PVA溶液進行靜電紡絲制備而成。
圖10.以不同的PVA與AHCPNPs質量比電紡絲制備的CPVANPs膜的油水分離特性分析。（A）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的水接觸角。（B）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的吸油性。插圖是膜的水接觸角圖像。（C）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的分離效率。（D）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的水通量。用相同的PtBA（30K）-b-PS（90K）以及質量比為1:9的二嵌段共聚物與PS合成了所有AHCPNPs。在PVA與納米顆粒質量比為1:1、1:2、1:3和1:4的條件下，使用相同的10w％PVA溶液進行靜電紡絲制備所有膜。
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