Abstract Incorporating thermally labile polymer additives into carbon membrane development is highly practical due to its process simplicity and effective approach. In this study, different polymer composition of thermally labile additives such as polyvinylpyrrolidone (PVP), microcrystalline cellulose (MCC) and nanocrystalline cellulose (NCC) were introduced into the BTDA-TDI/MDI (P84-copolyimide) polymer solution. The P84-copolyimide based carbon tubular membranes were fabricated using dip-coating method and characterized in terms of its thermal stability, structural morphology and gas permeation properties. Initially, the NCC was introduced as a pore performing agent in the carbon membrane fabrication for carbon dioxide (CO2) separation. Our finding indicated that the use of NCC as pore performing agent significantly promoted an increment of pore structure channel in carbon membrane. As a result, the high permeance as well as high selectivity was demonstrated in this study. Pure gas permeation tests were performed using CO2, CH4, O2 and N2 at room temperature. The increment of both gas permeance and selectivity were observed in the NCC-containing carbon membranes prepared with a composition of 7 wt%. The promising CO2/CH4 selectivity of 68.23 ± 3.27, CO2/N2 selectivity of 66.32 ± 2.18 and O2/N2 selectivity of 9.29 ± 2.54 with respect to neat carbon membrane were presented. Thus, upon further investigation, the potential of NCC as thermally labile additive in carbon membrane was assured.

中文翻译：

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在碳膜开发中加入热不稳定添加剂以获得卓越的气体渗透性能

摘要 将热不稳定聚合物添加剂纳入碳膜开发中，由于其过程简单和有效的方法，非常实用。在这项研究中，将不同聚合物组成的热不稳定添加剂如聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、微晶纤维素 (MCC) 和纳米晶纤维素 (NCC) 引入到 BTDA-TDI/MDI (P84-共聚聚酰亚胺) 聚合物溶液中。P84-共聚酰亚胺基碳管膜采用浸涂法制备，并在其热稳定性、结构形态和气体渗透性能方面进行表征。最初，NCC 被引入作为用于二氧化碳 (CO2) 分离的碳膜制造中的造孔剂。我们的发现表明，使用 NCC 作为成孔剂显着促进了碳膜中孔结构通道的增加。因此，本研究证明了高渗透性和高选择性。在室温下使用 CO2、CH4、O2 和 N2 进行纯气体渗透测试。在用 7 wt% 的组成制备的含 NCC 的碳膜中观察到气体渗透性和选择性的增加。与纯碳膜相比，CO2/CH4 选择性为 68.23±3.27，CO2/N2 选择性为 66.32±2.18，O2/N2 选择性为 9.29±2.54。因此，经过进一步研究，确定了 NCC 作为碳膜中热不稳定添加剂的潜力。本研究证明了高渗透性和高选择性。在室温下使用 CO2、CH4、O2 和 N2 进行纯气体渗透测试。在用 7 wt% 的组成制备的含 NCC 的碳膜中观察到气体渗透性和选择性的增加。与纯碳膜相比，CO2/CH4 选择性为 68.23±3.27，CO2/N2 选择性为 66.32±2.18，O2/N2 选择性为 9.29±2.54。因此，经过进一步研究，确定了 NCC 作为碳膜中热不稳定添加剂的潜力。本研究证明了高渗透性和高选择性。在室温下使用 CO2、CH4、O2 和 N2 进行纯气体渗透测试。在用 7 wt% 的组成制备的含 NCC 的碳膜中观察到气体渗透性和选择性的增加。与纯碳膜相比，CO2/CH4 选择性为 68.23±3.27，CO2/N2 选择性为 66.32±2.18，O2/N2 选择性为 9.29±2.54。因此，经过进一步研究，确定了 NCC 作为碳膜中热不稳定添加剂的潜力。在用 7 wt% 的组成制备的含 NCC 的碳膜中观察到气体渗透性和选择性的增加。与纯碳膜相比，CO2/CH4 选择性为 68.23±3.27，CO2/N2 选择性为 66.32±2.18，O2/N2 选择性为 9.29±2.54。因此，经过进一步研究，确定了 NCC 作为碳膜中热不稳定添加剂的潜力。在用 7 wt% 的组成制备的含 NCC 的碳膜中观察到气体渗透性和选择性的增加。与纯碳膜相比，CO2/CH4 选择性为 68.23±3.27，CO2/N2 选择性为 66.32±2.18，O2/N2 选择性为 9.29±2.54。因此，经过进一步研究，确定了 NCC 作为碳膜中热不稳定添加剂的潜力。