改性聚醚-嵌段聚酰胺共聚物膜材料研究进展

Research Progress of Modified Polyether-block-polyamide Copolymer Membrane Materials

摘要

聚醚-嵌段聚酰胺（Pebax）膜因具有优异的CO₂亲和性和机械性能而成为目前研究较热的CO₂分离膜材料。然而，Pebax膜材料的发展和应用需要克服聚合物膜的渗透-选择权衡和老化等问题。文章对Pebax基CO₂分离膜的研究进展进行综述，旨在促进Pebax基膜分离性能的提升。文章介绍Pebax基膜材料的性质和改性方法在提升膜材料分离选择性中的应用，如交联改性、聚合物共混改性和掺杂改性等。文章总结当前掺杂改性所采用的填充剂类型，并基于Pebax膜材料目前存在的问题和应用难点提出未来的发展方向，以促进Pebax膜材料在CO₂膜分离领域的发展。

Abstract

Polyether-block-polyamide (Pebax) membranes have been extensively studied as a promising material for CO₂ separation due to their excellent CO₂ affinity and mechanical properties. However, the development and application of Pebax membranes require overcoming challenges such as the permeability-selectivity trade-off and aging issues inherent to polymer membranes. The article reviewed the research progress on Pebax-based CO₂ separation membranes, aiming to promote the enhancement of their separation performance. It introduced the properties of Pebax-based membrane materials and the application of modification methods in improving separation selectivity, such as cross-linking, polymer blending, and doping modification. The types of fillers currently employed in doping modification were summarized. Based on the existing problems and application difficulties of Pebax membrane materials, future development directions were proposed to advance their use in CO₂ membrane separation.

关键词

聚醚-嵌段聚酰胺 / CO₂ / 膜分离 / 改性

Key words

Pebax / CO₂ / Membrane separation / Modification​

随着全球工业化进程的不断深入，能源消耗量呈现持续增长态势，CO₂排放问题随之加剧，严重威胁生态环境和人类社会的可持续发展^[1-5]。CO₂分离技术作为节能减排的核心环节，在降低碳排放、促进能源领域可持续发展方面起到至关重要的作用。

在压力差、浓度差等驱动力的作用下，利用膜材料对不同气体分子的选择性透过特性实现CO₂与其他气体的分离的膜分离技术，具有能耗低、分离效率高、设备紧凑、操作简便以及环境友好等优点，膜分离技术已成为CO₂分离领域的研究热点^[6-8]。而具有独特的分子结构和优异的气体分离性能的聚醚-嵌段聚酰胺(Pebax)材料是CO₂分离膜材料的重要代表^[9-12]。Pebax由聚醚链段和聚酰胺链段通过化学键连接而成。柔性的聚醚链段(PE)由具有良好的柔韧性和链段活动性的聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯(PPO)或聚四氢呋喃(PTHF)等组成，刚性的聚酰胺链段(PA)由酰胺键(—CO—NH—)连接而成^[13-14]。聚醚链段中具有内聚能低的醚键，能够使高分子链间的相互作用力减弱，从而形成相对疏松的分子结构，且极性的聚醚链段对CO₂具有较强的亲和力(“偶极-四极子”相互作用)^[15]。酰胺键中的羰基(C=O)和氨基(—NH—)能够形成较强的氢键，从而使膜具有较高的结晶度和规整性。Pebax膜材料不仅成膜性好，机械强度高，还具有优异的CO₂渗透性和分离选择性，且易于与其他材料复合进一步地调控和优化膜结构性能。因此，本文着重分析Pebax膜材料在CO₂分离技术中的应用现状，讨论Pebax膜材料应用面临的关键技术挑战，并预测其未来的发展趋势。

1 Pebax膜材料性能的现状

在Pebax基CO₂分离膜的研究中，膜的选择性与渗透性之间的平衡是一个关键问题^[10]。从分子层面来看，Pebax膜材料的气体传输主要通过溶解-扩散机制进行，CO₂分子首先在膜中溶解，然后通过膜内的自由体积和分子链段间的空隙扩散至膜的另一侧。Pebax膜材料性能受到制膜条件和测试条件的影响，如溶剂种类、溶剂比例、制膜温湿度、测试温湿度等^[16-17]。当测试温度为25 ℃、测试压力为0.1 MPa时，Pebax膜材料CO₂的渗透率在10~200 Barrer [1 Barrer=1×10^-10 cm³(STP)·cm/(cm²·s·cmHg)]，CO₂/N₂的选择性在20~50^[18]。但是，纯Pebax膜材料的CO₂分离性能存在明显的局限性，难以满足实际应用的需求，需要对Pebax膜材料进行改性来提高其渗透性和选择性，以适应不同分离场所的需要。

2 Pebax膜材料性能的增强

2.1 交联改性

交联改性是通过交联剂使Pebax分子链之间形成化学键，增加分子链的交联度，降低膜的自由体积和链迁移率，从而改变膜结构和性能，以提高Pebax膜材料的机械强度、热稳定性和化学稳定性。由于交联作用限制了分子链的运动，使膜孔径分布更加均匀，气体分离性能得到提高。交联反应可在Pebax膜材料的制备过程中进行，也可在已制备好的膜上进行后处理。

SANAEEPUR等^[19]采用3-氨基丙基(二氧基)甲基硅烷(APDEMS)作为交联剂，采用溶液浇铸法制备交联Pebax膜材料，考察APDEMS浓度对膜性能的影响。结果表明：交联反应会引起膜结晶度的增加，从而增加膜的选择性，2%交联Pebax膜材料的CO₂/N₂理想选择性提高了2倍，但CO₂渗透率略有下降。由于APDEMS结构存在胺基，能够增加对CO₂分子的亲和力，进一步增加了CO₂的溶解度和膜的选择性。该研究还表明，交联反应虽然降低膜的渗透率，但具有局部迁移率的氨基硅烷剂的Si—O键能够有效阻止CO₂渗透率的下降。

TAHERI等^[20]以含有亲CO₂醚氧基的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂，制备具有高性能CO₂分离性能的耐塑型Pebax复合膜。通过表征分析发现，引入交联反应改性后的Pebax膜材料的紧密性和结晶度比未交联的Pebax膜材料有所增强，且交联剂的浓度对交联Pebax膜材料的结构和CO₂分离性能有很大影响。当PEGDA质量分数从0增加至6%时，CO₂/N₂、CO₂/CH₄和CH₄/N₂的选择性分别提高294%、105%和92%，而气体渗透率略有下降。

尽管目前在Pebax基膜材料上进行交联改性的研究不多，但交联改性在提升Pebax基CO₂分离膜性能上的作用是不可忽视的。在采用交联改性的过程中，需要注意交联剂的选择和交联程度的控制。含有多官能团的交联剂能够在Pebax分子链间构建起错综复杂的交联网络结构，以最大程度地增强分子链之间的相互束缚作用，不仅可以提升膜的机械强度，还可以在Pebax膜材料内形成稳定且有序的交联网络，有效提升膜的机械性能，同时不会对气体分子的扩散过程造成过度阻碍。此外，如果交联剂与分离体系(CO₂/N₂、CO₂/CH₄)适配性较好，还能够精确调控膜的孔径大小和分布情况，从而有效提升膜对特定气体的分离选择性。

2.2 聚合物共混改性

聚合物共混改性是将两种或多种聚合物通过物理混合或化学反应相互作用形成新的微观结构，从而形成具有不同性能的复合材料。在聚合物共混膜中，研究较多的是将不同的低分子量聚合物如聚乙二醇(PEG)引入到Pebax基体中。PEG系列增塑剂会软化共聚物的分子结构，提高CO₂扩散系数。同时，由于PEG醚氧单元与CO₂之间的强相互作用，CO₂溶解度系数也会得到提升。

CAR等^[21]以乙醇/水混合物为溶剂制备Pebax和Pebax/PEG共混膜。PEG200的加入使Pebax膜材料的CO₂渗透率提高了2倍，CO₂/H₂选择性从9提高至近11。膜性能的提升与共聚物体系的形态和结构变化有关，PEG含量的增加导致膜的结晶度降低，但环氧乙烷(EO)单元与CO₂之间的相互作用增加。

LIANG等^[22]将Pebax膜材料与聚二甲基硅氧烷-聚氧化物(PDMS-PEO)嵌段共聚物共混，显著提高了膜的气体分离性能。与Pebax纯膜相比，质量分数为80%的PDMS-PEO组成的Pebax/PDMS-PEO共混膜的CO₂渗透率从119 Barrer提高至1 629 Barrer，提高约13倍，CO₂/N₂选择性从42降低至32，仅降低约25%。气体分离性能的显著提高源于极性气体CO₂的溶解度和CO₂/非极性气体的溶解度选择性的显著提高。

WU等^[23]制备一系列Pebax/甘油三酯共混膜，研究甘油三酯结构对Pebax基膜的影响。结果表明：Pebax与磷酸三苯酯(TPP)、钛酸正丁酯(TBT)和磷酸三甲酚酯(TCP)具有较高的相容性，使Pebax/甘油三酯共混膜具有优异的力学性能。在35 °C下，Pebax/TPP共混膜的CO₂渗透率为566 Barrer，CO₂/N₂选择性为25。实验还发现，随着甘油三酯烷基链长度的增加，酯基浓度下降，体积阻力增大，共混膜的CO₂渗透性增强程度减小(Pebax/TPP>Pebax/TBT>Pebax/TCP)。

通过对聚合物共混改性的研究，不难发现聚合物共混改性能够有效提升Pebax基CO₂分离膜性能。但在采用聚合物共混改性时，需要注意共混体系的选择。由于共混物和Pebax基均属于高分子聚合物，两者之间的相互作用对膜性能影响较大，若两种聚合物间能够形成氢键、范德华力等分子间作用力，可以明显增强聚合物链段之间的联系，从而达到优化气体传输路径提升分离性能的效果。此外，共混改性时还需注意制备工艺，如共混方法、温度、时间等，制备工艺会直接影响两种聚合物之间的分散均匀性，从而影响膜的微观结构，进而影响膜的分离性能。

2.3 掺杂改性

掺杂改性是将无机填充剂分散在高分子聚合物基质中而形成混合基质膜(MMMs)的方法。MMMs中无机填充剂可以破坏聚合物结构增加膜的渗透性，或充当降低气体渗透性的屏障，聚合物基质则可以填充无机填料之间的缝隙从而提高膜的选择性。MMMs的出现不仅克服了无机膜质地脆弱、难以规模化制备的缺陷，同时也改善了聚合物膜在高温高压下会发生溶胀、降解、塑化等问题，还打破了聚合物膜Robeson上限限制，是目前研究较为广泛的一种方法。

根据无机填充剂的种类，可将MMMs分为无机纳米粒子填充型、有机金属框架(MOFs)填充型和共价有机骨架(COF)填充型。

2.3.1 无机纳米粒子填充型

根据纳米粒子的形态，可将无机纳米粒子填充型分为球形填充剂、片状填充剂和管状填充剂。

(1)球形填充剂。球形填充剂如TiO₂、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MCM-41等具有较高的比表面积和表面活性，能够与Pebax分子链之间形成较强的相互作用，如氢键、范德华力等，从而增强膜的界面相容性，提高膜的稳定性。此外，氧化物结构中的纳米级的孔隙可以在膜内形成“高速”的气体传输通道，促进CO₂分子的扩散，提高膜的CO₂渗透率。

AZIZI等^[24]选择Pebax作为基础膜材料制备了负载率不同的Pebax/TiO₂、Pebax/SiO₂和Pebax/Al₂O₃的复合膜。结果表明：随着纳米颗粒负载程度的增加，膜内纳米颗粒从分散规律逐渐倾向于团聚，但CO₂和CH₄气体的渗透率都增加。Pebax/Al₂O₃复合膜在质量分数8%的负载下，CO₂渗透率和CO₂/CH₄选择性最高，同时纳米颗粒的引入改变了膜的热稳定性。PARVIZI等^[25]研究TiO₂的粒度对改性Pebax/TiO₂膜力学、热学和形态性能的影响。结果表明：当TiO₂纳米颗粒表面被氨基硅烷修饰且其在Pebax聚合物基质中的浓度增加时，与纯Pebax膜材料相比，纳米复合膜的CO₂渗透率显著增加。一系列Pebax/TiO₂ MMMs CO₂分离性能的提高归因于TiO₂纳米粒子与Pebax分子之间形成了良好的界面结合，不仅增强了膜的机械性能，还优化了CO₂的传输路径。

无独有偶，SiO₂纳米粒子也具有TiO₂类似的改性效果。GHADIMI等^[26]研究溶胶-凝胶、物理和化学表面修饰纳米颗粒的方法，制备Pebax/SiO₂纳米复合膜，用于CO₂分离。通过对比发现，溶胶-凝胶法制备的纳米复合膜的分离性能低于纯膜，且物理表面改性不能消除聚合物基体内SiO₂纳米颗粒的团聚。而采用顺式十八烯酸(OA)进行化学表面改性可以通过还原纳米颗粒表面的—OH基团来消除纳米颗粒的团聚，以限制其在聚合物基体内的团聚。结果表明：在25 ℃和0.2 MPa条件下，将SiO₂纳米颗粒的负载质量分数从0增加至8%，CO₂/H₂、CO₂/CH₄和CO₂/N₂的选择性分别从9、18和61提高至17、45和137。

WU等^[27]将聚乙烯亚胺(PEI)修饰的MCM-41掺入Pebax中，制备一系列促进型混合基质膜(FT-MMMs)。与未改性的MCM-41相比，改性MCM-41的掺入产生更强的相互作用，并导致填料-聚合物界面的聚合物链刚性更高。同时，存在于MCM-41的孔道和表面的PEI使丰富的胺载体能够通过可逆反应快速运输CO₂，表面的PEI提高了填料-聚合物界面的相容性。与MCM-41掺杂的MMMs相比，在添加质量分数为20%时，PEI-MCM-41掺杂的FT-MMMs的渗透率提高了102.3%，CO₂/CH₄和CO₂/N₂选择性分别提高了115.8%和96.1%。

(2)片状填充剂。片状填充剂，如石墨烯、纳米片等，具有优异的力学性能和独特的纳米结构，在Pebax膜材料的改性中展现出了较大的优势。由碳原子组成的二维纳米材料石墨烯具有极高的比表面积和较好的阻碍气体扩散的性能。将石墨烯引入Pebax高分子基体中，两者间的相互作用可以增强膜的机械性能，且当石墨烯纳米片均匀分散时，还可以在膜内形成曲折的气体传输通道，增加气体分子的扩散路径，从而提高膜对CO₂的选择性。

DAI等^[28]制备了由咪唑功能化的氧化石墨烯(ImGO)和Pebax组成的MMMs，并用于CO₂捕获。结果表明：掺入0.8% ImGO的MMMs具有最佳的CO₂分离性能，CO₂/N₂选择性高达105.5，CO₂渗透率为76.2 Barrer，超过2008年的Robeson上界。由于CO₂与咪唑基团的相互作用，MMMs对CO₂/N₂的选择性比纯Pebax材料提高了46.0%。此外，由于ImGO/Pebax MMMs中N₂渗透过程的表观活化能远高于CO₂渗透过程的表观活化能，MMMs在较低温度下能较好地分离CO₂和N₂。

HOU等^[29]以天然蛭石为原料，采用酸处理得到纳米厚度的SiO₂，将SiO₂纳米片作为填料填充到Pebax基体中，制备Pebax-SiO₂ MMMs。高长宽比的SiO₂纳米片在Pebax中交错水平排列倾向为CO₂的扩散建立一个传输通道。而聚合物链穿插在交错的SiO₂纳米片中，进一步限制聚合物链的移动，减少非选择性缺陷的出现，从而提高Pebax-SiO₂纳米片的选择性。结果表明：Pebax-SiO₂-1.0膜的性能接近Robeson 2008上限，其CO₂渗透率和CO₂/CH₄选择性分别比纯Pebax膜材料高44.9%和57.3%。LIU等^[30]采用湿法刻蚀法成功合成MXene纳米片，并将其作为填料制备MXene/Pebax MMMs。结果表明：由于MXene纳米片的原子厚度和微米级的横向尺寸，使其具有丰富的二维通道，有利于气体的传输。具有优先吸附CO₂的MXene纳米片同时也增强了CO₂的选择性透过，MXene/Pebax MMMs具有更好的性能。

在片状填充剂的定向排列研究中，可借助外加磁场或电场使填料在膜内定向排布，以此构建CO₂快速传输通道。ZHU等^[31]将Fe₃O₄功能化的氧化石墨烯(GO)薄片掺入Pebax基质，制备用于分离CO₂/CH₄和CO₂/N₂的MMMs。结果表明，Fe₃O₄-GO薄片在膜中的磁性定向排列对提升膜性能具有多重积极作用，显著改善了气体的分离性能。当Fe₃O₄-GO薄片质量分数为3%时，该膜在0.2 MPa和室温下对CO₂的渗透率达到538 Barrer，其对CO₂/CH₄和CO₂/N₂的选择性分别达到47和75，表现出最佳的分离效果。

(3)管状填充剂。由碳原子构成的中空管状纳米材料碳纳米管(CNTs)具有良好的力学性能和独特的电子结构。将CNTs引入Pebax膜材料中，其管状中空结构既能作为气体传输通道，促进CO₂扩散，提高膜的CO₂渗透率，也可作为增强相提升膜的力学性能。

JIANG等^[32]采用溶液浇铸法制备Pebax/多壁碳纳米管(MWCNTs) MMMs。结果表明，增加MMMs中MWCNTs的含量可提高膜的热稳定性与非晶区比例，同时显著提升CO₂渗透率与CO₂/N₂选择性。研究还发现，在实验范围内的低温高压条件下渗透更有利于CO₂/N₂分离。含7%和12% MWCNTs的MMMs性能均突破了2008年Robeson上限。

WANG等^[17]制备含Pebax、PEG聚合物与MWCNT的3组分杂化膜，并评价其CO₂捕集性能。PEG的引入改善了MWCNT在膜中的分散性，且MWCNT与聚合物链的相互作用有效降低了PA6和PEO链段的结晶度。其中，高分子量PEG的掺入提高了CO₂/CH₄选择性，低分子量PEG则有助于提升CO₂/N₂选择性。Pebax-PEGDME(40)-CNT(5)膜在1 MPa和室温下的CO₂渗透率达到743 Barrer，CO₂/N₂选择性为108，其性能超越了Robeson上限。

综上所述，在MMMs中引入球形、管状或片状无机纳米填料，可为制备高渗透性、高选择性的CO₂分离膜提供有效途径。然而，无机纳米填料表面能较高，易发生团聚，导致其在膜内分散不均，进而影响膜性能。因此，在改性过程中必须精确控制填料添加量，或采用超声分散、表面修饰等方法提升其在Pebax基质中的分散性，从而充分发挥其对膜性能的优化作用。

2.3.2 MOFs填充型

MOFs是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装形成的多孔材料，具有结构多样、比表面积大、孔隙率高及孔径可精确调控等特点^[33-34]。其丰富且规则的孔道结构与CO₂分子的动力学直径相匹配，能够实现对CO₂的选择性吸附与筛分。此外，MOFs表面所含的氨基、羧基等官能团可与CO₂分子形成氢键或化学作用，从而增强CO₂在膜内的溶解与扩散能力。

HABIB等^[35]将吡咯烷基离子液体[BMPyr][TCM]与MOF-177复合，设计出CO₂选择性复合材料，并将其掺入聚合物基体，制备新型MMMs，用于CO₂/N₂分离。结果表明，填料在基体中分散良好，未观察到明显界面缺陷。气体测试显示，负载10%该复合填料的MMMs，其CO₂渗透率为(137±2.0) Barrer，CO₂/N₂选择性为(62.0±10.5)，较纯Pebax膜材料分别提高1.4倍和9.6倍。

DU等^[36]在UiO-66中引入Ce和/或氨基，制备4种不同尺寸的UiO-66填料，并用于Pebax基CO₂/N₂分离膜。研究发现，Ce的掺杂效果与配体密切相关。在ZrUiO-66中引入Ce所得CeZrUiO-66粒径增大，比表面积和孔容积减小，CO₂吸附能力下降；而在氨基功能化的ZrUiO-66-NH₂中引入Ce后，趋势相反。尤其是双金属CeZrUiO-66-NH₂具有超微孔结构、较小粒径、丰富晶体缺陷及优异的CO₂捕获能力与吸附选择性，说明Ce与氨基的协同引入有利于提升CO₂分离性能。该材料固有的超微孔为CO₂提供了快速传输通道，同时Ce与氨基的掺杂增加了CO₂吸附位点，共同增强了分离效果。

ZHANG等^[37]在Pebax/NH₂-MIL-101膜中引入聚乙二醇二甲醚(PEGDME)作为第三组分，制备Pebax/PEGDME/NH₂-MIL-101三元MMMs。PEGDME的添加优化了膜结构，改善气体分离的物理微环境；而将NH₂-MIL-101进一步改性为PEI-MIL-101后，膜性能得到进一步提升。其中，Pebax/PEGDME/NH₂-MIL-101膜的CO₂渗透率为313 Barrer，CO₂/N₂选择性为47.7；Pebax/PEGDME/PEI-MIL-101膜的CO₂渗透率为286 Barrer，CO₂/N₂选择性为54.2。NAFISI等^[38]开发一种由Pebax与ZIF-8构成的双层MMMs，用于CO₂分离。研究表明：不同ZIF-8负载量下膜的晶体与非晶散射模式存在差异；随填料比例的增加，无机层厚度增大，所有测试气体的渗透率均上升。对于CO₂，无论是单一原料气还是干燥/加湿混合气，其渗透率均显著提高。CO₂/N₂选择性从纯Pebax膜材料的33.8略降至ZIF-8负载35%时的32.3。该下降趋势在混合气实验中更为明显。

综上所述，采用MOFs作为填料对Pebax气体分离膜进行共混掺杂是优化膜性能的重要方向。然而，在实际制备过程中仍需要关注MOFs与Pebax基体间的界面相容性及材料成本问题。后续研究不仅需要进一步优化制备工艺，确保MOFs在基体中均匀分散并形成稳定的分离结构，还应探索低成本、可规模化的MOFs合成路线，以满足工业化应用的需求。

2.3.3 COF填充型

COF作为一类新兴的晶态多孔有机聚合物，在Pebax气体分离膜的掺杂改性中显示出潜力。COF具有高度有序、孔径均一且可精确调控的孔道结构，其较大的比表面积为气体传输与吸附提供了理想空间。其规则孔道如同精密分子筛，可为特定气体分子构筑快速传输通道，从而显著提升气体渗透通量。此外，COF结构中的羟基、氨基等官能团可与Pebax聚酰胺硬段的羰基及聚醚软段的醚键形成氢键，加之分子间的范德华力作用，有助于COF在Pebax体系中均匀分散，稳定膜的微观结构。

THANKAMONY等^[39]将多孔共价三嗪哌嗪聚合物(CTPP)作为填料嵌入Pebax，制备MMMs，用于CO₂/N₂和CO₂/CH₄体系分离。当填料负载质量分数为0.025%时，在293 K和0.3 MPa条件下，CO₂渗透率从53 Barrer提高至73 Barrer，CO₂/N₂选择性从51提升至79，CO₂/CH₄选择性从17提升至25。CTPP与Pebax之间因高密度氢键而产生强相互作用，使Pebax链刚性增强，因此能在极低添加量下发挥作用。同时，CTPP骨架富含氮原子，相比N₂和CH₄更利于选择性吸附CO₂。

LIU等^[40]合成表面与内壁均经聚乙二醇(PEG)修饰的COF空心微球，将其掺入Pebax基体，制备MMMs。COF的中空结构降低了气体传质阻力，使CO₂渗透率提升至纯Pebax膜材料的2.2倍。PEG修饰在通道壁引入亲CO₂的EO基团，使COF孔径从3.2 nm缩小至1.35 nm，同时提高对CO₂/CH₄的溶解度选择性与扩散选择性。此外，微球外表面的PEG链也增强了COF填料与Pebax基体间的界面相容性。

GHANBARI等^[41]提出在三聚氰胺基COF孔道中限域生长MOF的策略，所形成的COF-MOF纳米杂化颗粒(CXMs)具有珍珠状结构，进一步与Pebax共混，制备MMMs。结果表明，CXM/Pebax膜具有较好的CO₂/CH₄选择性(44.2±1.3)和长期稳定性，其选择性为纯膜的2.3倍，性能超越Robeson上界。经长期测试，优化后的膜仍能保持94%的初始选择性，较未改性膜提高25%。

综上所述，协同调控COF填料的整体形貌、孔道结构及界面性质可理性设计多功能填料，为Pebax气体分离膜的改性提供新途径。然而，COF与Pebax基体的界面相容性仍显不足，易在制膜及应用过程中发生相分离，影响膜的稳定性和分离性能。此外，COF的合成条件苛刻，需要精确调控温度、时间及反应物比例，这增加其制备难度与成本，制约其大规模应用。

3 结论

Pebax作为一种由柔性聚醚链段与刚性聚酰胺链段构成的嵌段共聚物，不仅具有良好的成膜性、机械性能与热稳定性，还对CO₂表现出特异性的溶解与扩散优势，使其在CO₂分离膜领域具备天然潜力。然而，其选择性与渗透性难以同步满足实际需求，且性能易受环境因素影响，限制其广泛应用。为此，研究人员通过交联、共混及掺杂等改性手段制备Pebax基CO₂分离膜，并通过调控膜的化学组成与微观结构，以提升其选择性、渗透性与稳定性，从而部分克服材料本身的局限性。尽管如此，膜的选择性与渗透性之间的平衡仍未根本突破，如何超越“trade-off”效应、实现二者协同提升，仍是该领域的核心挑战。此外，膜在实际工况下的长期稳定性与耐久性、大规模制备工艺及成本也是阻碍其产业化的重要瓶颈。

未来研究可从以下几方面推进：(1)借助分子模拟明晰Pebax链段、气体分子及填料间的相互作用机制，指导膜结构的实验优化；(2)开发金属有机多面体(MOPs)等新型功能填料，以增强膜对CO₂的选择性与传输能力；(3)优化制备工艺，探索静电纺丝等新方法，通过调控工艺参数精细构筑膜微观结构，提高CO₂渗透与吸附性能。随着全球对环境保护与可持续发展的日益重视，性能不断优化的Pebax基CO₂分离膜有望在天然气净化、碳捕集与封存及工业废气处理等领域发挥关键作用。

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基金资助

新疆科技学院校级科研基金项目(2023-KYZD02)

新疆高校基本科研业务费科研项目(XJEDU2024P096)