通过生物矿化作用提升PDMS膜的渗透汽化脱硫性能

《Journal of Applied Polymer Science》：Enhanced Pervaporative Desulfurization Performance of PDMS Membranes by Biomineralization

基于自然生物矿化的启发，本研究采用一步合成策略，以半胱氨酸为诱导剂和催化剂，在PDMS基体中沉积GO/SiO?纳米片，形成高性能渗透汽脱硫膜。实验表明GO/SiO?均匀分散，膜对噻吩的选择性达6.30，渗透通量6973 g/m2·h，长期稳定性良好，提供了一种可扩展的制备方法。

　　

摘要

受天然生物矿化过程的启发，通过一步合成策略制备出了高性能的渗透脱硫膜。半胱胺既作为诱导剂又作为催化剂，引导二氧化硅（SiO₂）在预先分散在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中的氧化石墨烯（GO）纳米片上的沉积。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射结果表明，原位形成的SiO₂牢固地附着在GO纳米片上。扫描电子显微镜显示，GO/SiO₂填料在PDMS基质中均匀分布。将GO/SiO₂嵌入亲脂性的PDMS基质中显著提高了所得生物矿化膜的脱硫性能。通过渗透法对这种膜进行了从正辛烷/噻吩混合物中分离噻吩的性能评估，结果表明该膜对噻吩具有高选择性。含有0.3%（质量分数）GO的生物矿化膜在303 K时，对于1312 ppm的噻吩/正辛烷混合物，其硫富集因子达到了最大值6.30，同时渗透通量为6973 g·m^-2·h^-1。该生物矿化膜的脱硫性能在连续168小时内保持基本稳定，显示出良好的长期稳定性。这种简单的一步合成方法为制备高性能渗透膜以深度脱除汽油中的硫提供了一种易于扩展的途径。