Abstract The Cloisite 15A (C‒15A), an organically modified montmorillonite clay, was further modified with iron (Fe) pillars. Mixed matrix membranes (MMMs) were fabricated by incorporating Fe pillared Cloisite 15A (P‒C15A) at different loading percentage of 0.1 to 1.5 wt.% within the polysulfone (PSf) matrix. Fabricated membranes were characterized using thermal studies (TGA and DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The morphological studies of fabricated MMMs confirmed that the P‒C15A was well embedded through the PSf matrix. To investigate the effect of P-C15A incorporation, MMMs were tested for their gas permeation behavior using pure CO2, N2, and O2 gases. The gas permeation of MMMs was increased with the increase in loading percentage of P‒C15A, whereas the gas selectivity was maintained at par to that of neat PSf membrane until it diminished at 1.5 wt% percentage of P‒C15A causing mineral agglomeration. PSf/P‒C15A (1 wt.%) MMMs exhibited 232% and 274% increase in CO2 and O2 gas permeability respectively, while showing minimal variation in the selectivity of O2/N2 and CO2/N2 compared to that of neat PSf membrane. Furthermore, the gas separation performance of neat and P‒C15A incorporated MMMs were compared with the Robeson upper bound. The PSf/P‒C15A (1 wt.%) MMM shown to have CO2 permeability of 18.01 barrer with the CO2/N2 and O2/N2 gas pair selectivities of 4.95 and 18.34 respectively, which depicted closeness towards the Robeson upper bound.

中文翻译：

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柱状cloisite 15A作为聚砜混合基质膜中用于CO2/N2和O2/N2气体分离的增强填料

摘要 Cloisite 15A（C-15A）是一种有机改性的蒙脱土粘土，通过铁（Fe）柱进一步改性。通过在聚砜 (PSf) 基质中以 0.1 至 1.5 wt.% 的不同负载百分比掺入 Fe 柱撑 Clo​​isite 15A (P-C15A) 来制造混合基质膜 (MMM)。使用热研究（TGA 和 DSC）和扫描电子显微镜（SEM）表征制造的膜。制备的 MMM 的形态学研究证实 P-C15A 很好地嵌入了 PSf 基质。为了研究 P-C15A 掺入的影响，使用纯 CO2、N2 和 O2 气体测试了 MMM 的气体渗透行为。MMMs 的气体渗透性随着 P-C15A 负载百分比的增加而增加，而气体选择性保持与纯 PSf 膜相当，直到它在 P-C15A 的 1.5 wt% 百分比时降低，导致矿物团聚。PSf/P-C15A (1 wt.%) MMMs 的 CO2 和 O2 气体渗透率分别增加了 232% 和 274%，同时与纯 PSf 膜相比，O2/N2 和 CO2/N2 的选择性变化最小。此外，将纯的和 P-C15A 掺入 MMM 的气体分离性能与 Robeson 上限进行了比较。PSf/P-C15A (1 wt.%) MMM 的 CO2 渗透率为 18.01 barrer，CO2/N2 和 O2/N2 气体对选择性分别为 4.95 和 18.34，表明接近 Robeson 上限。%) MMM 的 CO2 和 O2 气体渗透率分别增加了 232% 和 274%，同时与纯 PSf 膜相比，O2/N2 和 CO2/N2 的选择性变化最小。此外，将纯的和 P-C15A 掺入 MMM 的气体分离性能与 Robeson 上限进行了比较。PSf/P-C15A (1 wt.%) MMM 的 CO2 渗透率为 18.01 barrer，CO2/N2 和 O2/N2 气体对选择性分别为 4.95 和 18.34，表明接近 Robeson 上限。%) MMM 的 CO2 和 O2 气体渗透率分别增加了 232% 和 274%，同时与纯 PSf 膜相比，O2/N2 和 CO2/N2 的选择性变化最小。此外，将纯的和 P-C15A 掺入 MMM 的气体分离性能与 Robeson 上限进行了比较。PSf/P-C15A (1 wt.%) MMM 的 CO2 渗透率为 18.01 barrer，CO2/N2 和 O2/N2 气体对选择性分别为 4.95 和 18.34，表明接近 Robeson 上限。