Abstract Mixed-matrix membranes (MMMs) have shown promising performances for gas separation, in particular, propylene/propane separation. Their commercial applications require to fabricate MMMs in scalable forms, i.e., asymmetric mixed-matrix hollow fiber membranes (MMHFMs). Up until now, however, there have been few reports on MMHFMs due to the fundamental engineering challenges associated with current fiber spinning processes using filler-suspended dope solutions. Recently, we proposed a scalable MMM fabrication strategy, namely polymer-modification-enabled in-situ metal-organic framework formation (PMMOF). The PMMOF has potential to overcome some of the engineering challenges since it decouples hollow fiber spinning step and MMM formation step. Herein, we report asymmetric 6FDA-DAM (4,4′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride-2,4,6-trimethyl-1,3-diaminobenzene)/ZIF-8 MMHFM modules by transforming 6FDA-DAM coated hollow fiber membrane (HFM) modules using the PMMOF. The resulting asymmetric MMHFM modules showed a promising propylene/propane separation performance (i.e., propylene permeance of ~2.15 GPU and separation factor of ~23.4) without additional defect healing steps. The membranes showed stable separation performance over a period of up to 25 days and at the total feed pressures of up to 6 bar. Finally, we demonstrated MMHFM modules consisting of up to seven individual fiber strands. To the best of our knowledge, this is the first multi-strand MMHFM modules showing promising propylene/propane separation performances, thereby opening up the possibility of the commercial applications of MMMs.

中文翻译：

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将聚合物中空纤维膜组件转变为混合基质中空纤维膜组件用于丙烯/丙烷分离

摘要 混合基质膜（MMMs）在气体分离，特别是丙烯/丙烷分离方面表现出良好的性能。它们的商业应用需要以可扩展的形式制造 MMM，即不对称混合基质中空纤维膜 (MMHFM)。然而，到目前为止，由于与当前使用填料悬浮原液溶液的纤维纺丝工艺相关的基本工程挑战，关于 MMHFM 的报道很少。最近，我们提出了一种可扩展的 MMM 制造策略，即支持聚合物改性的原位金属有机框架形成（PMMOF）。PMMOF 具有克服一些工程挑战的潜力，因为它分离了中空纤维纺丝步骤和 MMM 形成步骤。在此，我们报告了不对称 6FDA-DAM (4,4'-(六氟异亚丙基) diphthalic anhydride-2,4, 6-三甲基-1,3-二氨基苯)/ZIF-8 MMHFM 模块通过使用 PMMOF 转换 6FDA-DAM 涂层中空纤维膜 (HFM) 模块。由此产生的不对称 MMHFM 模块显示出有希望的丙烯/丙烷分离性能（即，丙烯渗透率为 ~2.15 GPU 和分离因子为 ~23.4），无需额外的缺陷修复步骤。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了由多达七个单独的纤维束组成的 MMHFM 模块。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。3-二氨基苯)/ZIF-8 MMHFM 模块通过使用 PMMOF 转换 6FDA-DAM 涂层中空纤维膜 (HFM) 模块。由此产生的不对称 MMHFM 模块显示出有希望的丙烯/丙烷分离性能（即，丙烯渗透率为 ~2.15 GPU 和分离因子为 ~23.4），无需额外的缺陷修复步骤。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了由多达七个单独的纤维束组成的 MMHFM 模块。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。3-二氨基苯)/ZIF-8 MMHFM 模块通过使用 PMMOF 转换 6FDA-DAM 涂层中空纤维膜 (HFM) 模块。由此产生的不对称 MMHFM 模块显示出有希望的丙烯/丙烷分离性能（即，丙烯渗透率为 ~2.15 GPU 和分离因子为 ~23.4），无需额外的缺陷修复步骤。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了由多达七个单独的纤维束组成的 MMHFM 模块。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。由此产生的不对称 MMHFM 模块显示出有希望的丙烯/丙烷分离性能（即，丙烯渗透率为 ~2.15 GPU 和分离因子为 ~23.4），无需额外的缺陷修复步骤。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了 MMHFM 模块，该模块由多达七个单独的纤维束组成。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。由此产生的不对称 MMHFM 模块显示出有希望的丙烯/丙烷分离性能（即，丙烯渗透率为 ~2.15 GPU 和分离因子为 ~23.4），无需额外的缺陷修复步骤。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了由多达七个单独的纤维束组成的 MMHFM 模块。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了由多达七个单独的纤维束组成的 MMHFM 模块。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。膜在长达 25 天的时间内和在高达 6 巴的总进料压力下显示出稳定的分离性能。最后，我们展示了由多达七个单独的纤维束组成的 MMHFM 模块。据我们所知，这是第一个显示出有前景的丙烯/丙烷分离性能的多链 MMHFM 模块，从而开辟了 MMM 商业应用的可能性。