Abstract Semi-interpenetrating polymer networks (s-IPNs) fabricated from linear polyimides entwined by crosslinked poly(ethylene oxide) (PEO) networks are reported in this work as CO2-selective separation membranes. While keeping the overall PEO content constant (~ 70 wt%), the structural characteristics of s-IPNs, i.e., the distribution and the connectivity of PEO domains, were systematically varied by adjusting the PEO content in the linear polyimide component and the crosslink density of the PEO networks, leading to six unique s-IPNs. Tested s-IPNs showed significantly improved mechanical strength and ductility relative to crosslinked pure PEO membranes, with the tensile strength of s-IPNs being nearly 4-times and > 7-times as high as those of the crosslinked pure PEO membranes with high and low crosslink density, respectively. Moreover, all s-IPNs featured greatly improved CO2 permeability (up to 25 fold) and CO2/H2 and CO2/N2 selectivity compared to their linear (co)polyimide counterparts. Several s-IPNs outperform the 2008 Robeson upper bound for CO2/H2 and closely approach the CO2/N2 upper bound. In general, incorporating PEO segments in the linear polyimides and utilizing low-crosslink-density PEO networks are beneficial in improving both CO2 permeability and ideal selectivity. Overall these PEO-rich s-IPNs provide an attractive membrane platform for high performance CO2 separation applications.

中文翻译：

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用于 CO 2 分离的富含 PEO 的半互穿聚合物网络 (s-IPN) 膜

摘要 在这项工作中报道了由交联聚（环氧乙烷）（PEO）网络缠绕的线性聚酰亚胺制成的半互穿聚合物网络（s-IPNs）作为 CO2 选择性分离膜。在保持总 PEO 含量恒定（~ 70 wt%）的同时，通过调整线性聚酰亚胺组分中的 PEO 含量和交联密度，s-IPN 的结构特征，即 PEO 域的分布和连接性，系统地改变PEO 网络，导致六个独特的 s-IPN。与交联纯 PEO 膜相比，经测试的 s-IPNs 显示出显着提高的机械强度和延展性，s-IPNs 的拉伸强度是具有高和低的交联纯 PEO 膜的拉伸强度的近 4 倍和 > 7 倍。交联密度，分别。而且，与其线性（共）聚酰亚胺对应物相比，所有 s-IPN 都具有大大提高的 CO2 渗透性（高达 25 倍）以及 CO2/H2 和 CO2/N2 选择性。几个 s-IPN 的表现优于 2008 年 Robeson 的 CO2/H2 上限，并接近 CO2/N2 上限。一般来说，在线性聚酰亚胺中加入 PEO 链段并利用低交联密度的 PEO 网络有利于提高 CO2 渗透性和理想的选择性。总的来说，这些富含 PEO 的 s-IPN 为高性能 CO2 分离应用提供了一个有吸引力的膜平台。在线性聚酰亚胺中加入 PEO 链段并利用低交联密度 PEO 网络有利于提高 CO2 渗透性和理想的选择性。总的来说，这些富含 PEO 的 s-IPN 为高性能 CO2 分离应用提供了一个有吸引力的膜平台。在线性聚酰亚胺中加入 PEO 链段并利用低交联密度 PEO 网络有利于提高 CO2 渗透性和理想的选择性。总的来说，这些富含 PEO 的 s-IPN 为高性能 CO2 分离应用提供了一个有吸引力的膜平台。