DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.110955

多孔有机聚合物具有良好的纳米多孔结构和优异的比表面积，尤其是在各种分离应用中具有广阔的发展前景。在保持功能特性和均匀孔隙率的同时，迫切需要开发出具有改进结构和机械柔性的大型制备装置。本文报道了一种基于氨基功能化超交联聚合物纳米粒子（AHCPNPs）的柔性大尺寸纳米多孔膜的制备方法，该膜可提供良好的CO2捕集能力和油水分离效率。采用静电纺丝技术以及对苯二异氰酸酯对PVA链段的后交联，制备了由聚乙烯醇（PVA）和高含量AHCPNPs（80w％）组成的交联PVA/纳米颗粒（CPVANPs）膜。分米级CPVANPs膜具有清晰的纤维结构、分层多孔结构以及较高的机械强度（136.8MPa），比表面积高达258.3 m2 g-1，二氧化碳捕获能力极高，达到35.4w％（8.1mmol）。另一个优势在于其可实现高效的油水吸附和/或与高粘度油（蓖麻油为55.9 g g-1）和乳化油（97％SE）分离。该制备方法为设计用于气体和油-水分离的柔性大尺寸分层纳米多孔膜开辟了一条新的途径。

图1.典型AHCPNPs-90K的表征分析：（A）FESEM图像，（B）TEM图像，（C）N2吸附-解吸曲线，（D）孔径分布曲线。典型的AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成的。

图2.CPVANPs膜的形态、力学性能和元素分析。（A）PVA纤维，（B）CPVA纤维，（C）PVANPs-90K纤维，（D）CPVANPs-90K纤维的FESEM图像。（E）CPVANPs-90K膜的光学照片。（F）CPVANPs-90K膜的柔性测试。（G）PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的应力-应变曲线。（H）AHCPNPs、PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的FT-IR曲线。典型AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成的。PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜是以质量比为1:1的PVA与纳米粒子进行静电纺丝制备而成的。在相同10w％PVA溶液中静电纺丝制备所有膜。

图3.CPVANPs-90K膜的孔性质和CO2捕集能力。（A）典型PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的N2吸附-解吸曲线。（B）PVA、CPVA、PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜的孔径分布曲线。（C）CPVANPs-90K膜的CO2吸附能力。（D）CPVANPs-90K膜的BET CO2吸附-解吸循环。典型AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成的。PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜是以质量比为1:1的PVA与纳米粒子进行静电纺丝制备而成的。在相同10w％PVA溶液中静电纺丝制备所有膜。

图4.CPVANPs-90K膜的油水分离性能表征。（A）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的水接触角。插图是膜的水接触角图像。（B）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的吸油率。（C）油水分离设备的光学图像。乳化油的光学图像：（D）分离前，（E）分离后。（F）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的分离效率。（G）PVA、CPVA、PVANPs和CPVANPs膜的水通量。典型AHCPNPs-90K是用PtBA（30K）-b-PS（90K）和质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成的。以1:1的PVA与纳米粒子质量比静电纺丝制备PVANPs-90K和CPVANPs-90K膜。在相同的10w％PVA溶液中静电纺丝制备所有膜。

图5.含不同AHCPNPs的电纺CPVANPs膜的形态学表征。（A）CPVANPs-90K膜，（B）CPVANPs-60K膜，（C）CPVANPs-30K膜，（D）CPVANPs-3K膜的FESEM图像。AHCPNPs分别是由PtBA（30K）-b-PS（90K）、PtBA（30K）-b-PS（60K）、PtBA（30K）-b-PS（30K）和PtBA（30K）-b-PS（3K）以及质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成的。所有膜均以1:1的PVA与纳米粒子质量比，使用10w％PVA溶液进行静电纺丝制备而成。

图6.以不同的PVA与AHCPNPs质量比电纺丝制备CPVANPs膜的形态学表征。（A）CPVANPs-1:1，（B）CPVANPs-1：2，（C）CPVANPs-1:3，（D）CPVANPs-1:4的FESEM图像。用相同的PtBA（30K）-b-PS（90K）和质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成了所有AHCPNPs。在PVA与纳米颗粒质量比为1:1、1:2、1:3和1:4的条件下，使用相同的10w％PVA溶液进行静电纺丝制备所有膜。

图7.用不同AHCPNPs电纺丝制备的CPVANPs膜的孔性能、力学性能和CO2捕集能力。（A）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的N2吸附-解吸曲线。（B）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的孔径分布曲线。（C）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的CO2吸附能力。（D）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的应力-应变曲线。分别用PtBA（30K）-b-PS（90K）、PtBA（30K）-b-PS（60K）、PtBA（30K）-b-PS（30K）和PtBA（30K）-b-PS（3K）以及质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成AHCPNPs。以1:1的PVA与纳米粒子质量比，在10w％PVA溶液中静电纺丝制备所有膜。

图8.以不同的PVA与AHCPNPs质量比电纺丝制备CPVANPs膜的孔特性、力学性能和CO2捕集能力。（A）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的N2吸附-解吸曲线。（B）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的孔径分布曲线。（C）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜对CO2的吸附能力。（D）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的应力-应变曲线。用相同的PtBA（30K）-b-PS（90K）和质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成了所有AHCPNPs。在PVA与纳米颗粒质量比为1:1、1:2、1:3和1:4的条件下，使用相同的10w％PVA溶液进行静电纺丝制备所有膜。

图9.用不同AHCPNPs电纺丝制备的CPVANPs膜的油水分离特性分析。（A）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的水接触角。插图是膜的水接触角图像。（B）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的吸油率。（C）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的分离效率。（D）CPVANPs-90K、CPVANPs-60K、CPVANPs-30K和CPVANPs-3K膜的水通量。分别用PtBA（30K）-b-PS（90K）、PtBA（30K）-b-PS（60K）、PtBA（30K）-b-PS（30K）和PtBA（30K）-b-PS（3K）以及质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成AHCPNPs。所有膜均以1:1的PVA与纳米粒子质量比，使用10w％PVA溶液进行静电纺丝制备而成。

图10.以不同的PVA与AHCPNPs质量比电纺丝制备的CPVANPs膜的油水分离特性分析。（A）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的水接触角。（B）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的吸油性。插图是膜的水接触角图像。（C）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的分离效率。（D）CPVANPs-1:1、CPVANPs-1:2、CPVANPs-1:3和CPVANPs-1:4膜的水通量。用相同的PtBA（30K）-b-PS（90K）以及质量比为1:9的二嵌段共聚物与PS合成了所有AHCPNPs。在PVA与纳米颗粒质量比为1:1、1:2、1:3和1:4的条件下，使用相同的10w％PVA溶液进行静电纺丝制备所有膜。