High-Performance Gas Separation Membranes by Guided-Assembly of Graphene-based Nanocomposites

通过石墨烯基纳米复合材料的引导组装实现高性能气体分离膜

基本信息

  • 批准号:
    19F19367
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2019-11-08 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Our research achievements in this project are threefold. First, we have found that the GO-polycation composites coagulate too fast to give uniform slurries and, thus, defect-free gas separation membranes. At high GO-polycation loadings (high concentrations), we could obtain conformal coatings with rod/blade-coating methods. But the resulting membranes became too thick but were still often defective because of fast aggregation. We could produce smoother coatings using non-polyelectrolytes (such as hydrogen-bondable polymers) but still observed only low hydrogen selectivity. However, when we used positively charged nanoparticles and vacuum filtration, we achieved conformal and defect-free membranes, yielding selectivities up to 150 and permeabilities up to around 4000 GPU. Based on the experiments made with polymer-free nanosheet dispersions, we also found that vacuum filtration can be used for compacting membranes that are prepared by other coating methods such as spray-coating. Overall, this collaborative research resulted in the establishment of four fundamental notions: (1) Electrostatic interactions are highly effective in stabilizing GO-based membranes; (2) guided-assembly methods (such as vacuum-assisted filtration and vacuum-spray-coating) should be optimized for achieving defect-free membranes; (3) composite membranes should be polymer-free or rich in nanosheets for developing defect-free membranes with high hydrogen selectivity.
我们在这个项目中的研究成果有三个方面。首先,我们发现 GO-聚阳离子复合材料凝结速度太快,无法形成均匀的浆料,从而无法形成无缺陷的气体分离膜。在高 GO 聚阳离子负载量(高浓度)下,我们可以通过棒/刀片涂覆方法获得保形涂层。但所得膜变得太厚,但由于快速聚集,仍然经常存在缺陷。我们可以使用非聚电解质(例如氢键聚合物)生产更光滑的涂层,但仍然观察到氢选择性较低。然而,当我们使用带正电的纳米颗粒和真空过滤时,我们获得了保形且无缺陷的膜,选择性高达 150,渗透率高达 4000 GPU 左右。基于无聚合物纳米片分散体的实验,我们还发现真空过滤可用于压实通过其他涂覆方法(例如喷涂)制备的膜。总的来说,这项合作研究建立了四个基本概念:(1)静电相互作用对于稳定 GO 膜非常有效; (2) 应优化引导组装方法(例如真空辅助过滤和真空喷涂)以获得无缺陷的膜; (3)复合膜应不含聚合物或富含纳米片,以开发具有高氢选择性的无缺陷膜。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Overcoming humidity-induced swelling of graphene oxide-based hydrogen membranes using charge-compensating nanodiamonds
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.7
  • 作者:
    Huang, Guoji;Ghalei, Behnam;Sivaniah, Easan
  • 通讯作者:
    Sivaniah, Easan
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    Kadota Kentaro;Duong Nghia Tuan;Nishiyama Yusuke;Sivaniah Easan;Horike Satoshi;Shinobu Itoh
  • 通讯作者:
    Shinobu Itoh

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