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Selective Gas Permeation in Graphene Oxide–Polymer Self-Assembled Multilayers
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2018-03-09 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b01103 Davide Pierleoni , Matteo Minelli , Simone Ligi 1 , Meganne Christian , Sebastian Funke 2 , Niklas Reineking 2 , Vittorio Morandi , Ferruccio Doghieri , Vincenzo Palermo 3
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2018-03-09 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b01103 Davide Pierleoni , Matteo Minelli , Simone Ligi 1 , Meganne Christian , Sebastian Funke 2 , Niklas Reineking 2 , Vittorio Morandi , Ferruccio Doghieri , Vincenzo Palermo 3
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The performance of polymer-based membranes for gas separation is currently limited by the Robeson limit, stating that it is impossible to have high gas permeability and high gas selectivity at the same time. We describe the production of membranes based on the ability of graphene oxide (GO) and poly(ethyleneimine) (PEI) multilayers to overcome such a limit. The PEI chains act as molecular spacers in between the GO sheets, yielding a highly reproducible, periodic multilayered structure with a constant spacing of 3.7 nm, giving a record combination of gas permeability and selectivity. The membranes feature a remarkable gas selectivity (up to 500 for He/CO2), allowing to overcome the Robeson limit. The permeability of these membranes to different gases depends exponentially on the diameter of the gas molecule, with a sieving mechanism never obtained in pure GO membranes, in which a size cutoff and a complex dependence on the chemical nature of the permeant is typically observed. The tunable permeability, the high selectivity, and the possibility to produce coatings on a wide range of polymers represent a new approach to produce gas separation membranes for large-scale applications.
中文翻译：
氧化石墨烯-聚合物自组装多层膜中的选择性气体渗透
目前，基于聚合物的膜用于气体分离的性能受到Robeson限值的限制，表明不可能同时具有高的气体渗透性和高的气体选择性。我们基于氧化石墨烯（GO）和聚（乙烯亚胺）（PEI）多层膜克服上述限制的能力来描述膜的生产。PEI链充当GO片之间的分子间隔基，产生高度可重现的周期性多层结构，其恒定间距为3.7 nm，提供了透气性和选择性的记录组合。膜具有出色的气体选择性（He / CO 2高达500），从而可以克服Robeson的限制。这些膜对不同气体的渗透性与气体分子的直径成指数关系，具有在纯GO膜中从未获得过的筛分机制，其中通常会观察到尺寸截断和对渗透物化学性质的复杂依赖。可调的渗透性，高的选择性以及在多种聚合物上生产涂层的可能性，代表了一种生产用于大规模应用的气体分离膜的新方法。
更新日期：2018-03-09
中文翻译：
氧化石墨烯-聚合物自组装多层膜中的选择性气体渗透
目前，基于聚合物的膜用于气体分离的性能受到Robeson限值的限制，表明不可能同时具有高的气体渗透性和高的气体选择性。我们基于氧化石墨烯（GO）和聚（乙烯亚胺）（PEI）多层膜克服上述限制的能力来描述膜的生产。PEI链充当GO片之间的分子间隔基，产生高度可重现的周期性多层结构，其恒定间距为3.7 nm，提供了透气性和选择性的记录组合。膜具有出色的气体选择性（He / CO 2高达500），从而可以克服Robeson的限制。这些膜对不同气体的渗透性与气体分子的直径成指数关系，具有在纯GO膜中从未获得过的筛分机制，其中通常会观察到尺寸截断和对渗透物化学性质的复杂依赖。可调的渗透性，高的选择性以及在多种聚合物上生产涂层的可能性，代表了一种生产用于大规模应用的气体分离膜的新方法。
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