三蝶烯基朝格尔碱聚合物的热脱羧交联及气体分离性能的研究
发布时间：2021-05-20 21:41
随着社会对清洁能源的需求和温室气体排放的控制,气体分离膜技术得到了迅速的发展。由于优良的加工性能和较低的价格,聚合物膜占据了气体分离膜市场的主要份额。但聚合物膜在处理高压CO2和其它高溶解性气体时会产生塑化现象,导致膜的选择性大幅下降;在长时间运行过程中由于物理老化现象,膜的渗透性逐渐下降。自具微孔聚合物（PIMs）是一种适合应用于气体分离的材料。它的高自由体积和贯通的微孔结构使PIMs膜的气体渗透率是商业气体膜材料的100倍以上。PIMs的一种,朝格尔碱（TB）杂环聚合物,因刚性扭曲的主链结构体现出更好的气体分离性能。本论文以TB聚合物为基础,通过引入羧基官能团后通过热引发脱羧交联反应,得到了耐CO2致塑化的高性能气体分离膜材料。通过研究脱羧交联过程中的TB聚合物的物理/化学性能、交联结构的变化,对热处理条件进行了优化。最终总结了先驱体结构对脱羧交联反应的影响机理。本论文首先合成了 2,6（7）-二氨基三蝶烯和6（7）,10（11）-二氨基三蝶烯-2-甲酸。通过调整两种单体的比例合成了一系列羧基TB-PIMs聚合物。羧基 TB-PIMs 的 H2 渗透性高达 5000-7000 ba...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 气体分离膜的发展
1.2 气体分离膜的用途
1.2.1 氢气分离
1.2.2 富氮富氧
1.2.3 天然气精制
1.2.4 二氧化碳捕获分离
1.2.5 其他新领域应用
1.3 聚合物膜中气体传质机理
1.3.1 溶解扩散机理
1.3.2 双模吸附机理
1.4 自具微孔聚合物
1.4.1 苯并二氧六环型自具微孔聚合物
1.4.2 聚酰亚胺型自具微孔聚合物
1.4.3 朝格尔碱型自具微孔聚合物
1.5 聚合物气体分离膜需要解决的难点
1.5.1 Trade-off现象
1.5.2 溶胀塑化现象
1.5.3 物理老化现象
1.6 交联改性气体分离膜
1.6.1 化学交联剂交联
1.6.2 紫外(UV)辐射交联
1.6.3 热交联
1.7 本论文的研究目的和研究内容
2 实验所用药品、仪器及表征方法
2.1 实验所用药品及仪器
2.1.1 实验所用药品
2.1.2 实验所用仪器
2.2 实验所用表征方法
2.2.1 核磁共振波谱表征
2.2.2 傅里叶变换红外光谱表征
2.2.3 溶解性测试表征
2.2.4 热失重分析表征
2.2.5 热失重分析-质谱联用表征
2.2.6 密度测试表征
2.2.7 聚合物的分子自由体积分数计算
2.2.8 广角X射线衍射表征
2.2.9 气体渗透性能测试
2.2.10 分子模拟计算
3 含羧基三蝶烯基朝格尔碱自具微孔聚合物的合成与表征
3.1 本章引言
3.2 实验部分
3.2.1 2,6(7)-二硝基三蝶烯(2,6(7)-dinitrotriptycene,DNT)的合成
3.2.2 2,6(7)-二氨基三蝶烯(2,6(7)-diaminotriptycene,DAT)的合成
3.2.3 2-醛基三蝶烯(2-formyltriptycene,2-FT)的合成
3.2.4 2-三蝶烯甲酸(2-triptycene carboxylic acid, TCA)的合成
3.2.5 6(7),10(11)-二硝基三蝶烯-2-甲酸(6(7),10(11)-dinitrotriptycene-2-carboxylic acid, DNTCA)的合成
3.2.6 6(7),10(11)-二氨基三蝶烯-2-甲酸(6(7),10(11)-diaminotriptycene-2-carboxylic acid, DATCA)的合成
3.2.7 聚合物PIMTB-DAT/DATCA的合成
3.2.8 聚合物膜的制备
3.3 表征与测试结果的讨论
3.3.1 聚合单体的结构表征
3.3.2 聚合物红外光谱表征
3.3.3 聚合物热性能分析
3.3.4 聚合物溶解性测试
3.3.5 聚合物的密度及自由体积分数计算
3.3.6 气体分离性能
3.4 本章小结
4 含羧基三蝶烯基朝格尔碱自具微孔聚合物的热脱羧交联
4.1 本章引言
4.2 实验部分
4.2.1 聚合物膜的热处理
4.2.2 热处理聚合物膜的膜组器制备与气体性能测试
4.3 表征与测试结果的讨论
4.3.1 热处理聚合物膜的红外光谱表征
4.3.2 热处理聚合物膜的热失重分析表征
4.3.3 热处理聚合物膜的溶解性变化情况
4.3.4 热处理聚合物的密度变化情况
4.3.5 聚合物的交联机理及热失重-质谱联用分析
4.3.6 聚合物的链堆砌情况分析
4.3.7 交联膜的气体分离性能
4.3.8 交联膜的抗塑化性能分析
4.3.9 热脱羧交联规律分析
4.4 本章小结
5 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术成果
作者及导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]CO2气体分离膜研究进展[J]. 杨敬国,李敬,崔娜,成娜,国明. 煤炭与化工. 2019(11)
[2]The synthesis of polymers of intrinsic microporosity（PIMs）[J]. Neil B.McKeown. Science China（Chemistry）. 2017(08)
[3]全球气体膜分离技术的研究和应用趋势——基于近20年SCI论文和专利的分析[J]. 邱天然,况彩菱,郑祥,沈志鹏,王晋琳,蔡木林. 化工进展. 2016(07)
[4]挥发性有机物处理技术的特点与发展[J]. 李长英,陈明功,盛楠,刘启飞,胡祖和,方敏,张涛. 化工进展. 2016(03)
[5]膜法富氧技术的应用及研究进展[J]. 孙丽杰,朱敬宏,陈李荔. 广州化工. 2014(12)
[6]富氮空气分离膜[J]. 张可达. 现代化工. 1992(02)
硕士论文
[1]气体分离性能测量装置的搭建与聚合室温离子液体膜的制备与研究[D]. 赵博智.北京化工大学 2016
本文编号：3198475
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 气体分离膜的发展
1.2 气体分离膜的用途
1.2.1 氢气分离
1.2.2 富氮富氧
1.2.3 天然气精制
1.2.4 二氧化碳捕获分离
1.2.5 其他新领域应用
1.3 聚合物膜中气体传质机理
1.3.1 溶解扩散机理
1.3.2 双模吸附机理
1.4 自具微孔聚合物
1.4.1 苯并二氧六环型自具微孔聚合物
1.4.2 聚酰亚胺型自具微孔聚合物
1.4.3 朝格尔碱型自具微孔聚合物
1.5 聚合物气体分离膜需要解决的难点
1.5.1 Trade-off现象
1.5.2 溶胀塑化现象
1.5.3 物理老化现象
1.6 交联改性气体分离膜
1.6.1 化学交联剂交联
1.6.2 紫外(UV)辐射交联
1.6.3 热交联
1.7 本论文的研究目的和研究内容
2 实验所用药品、仪器及表征方法
2.1 实验所用药品及仪器
2.1.1 实验所用药品
2.1.2 实验所用仪器
2.2 实验所用表征方法
2.2.1 核磁共振波谱表征
2.2.2 傅里叶变换红外光谱表征
2.2.3 溶解性测试表征
2.2.4 热失重分析表征
2.2.5 热失重分析-质谱联用表征
2.2.6 密度测试表征
2.2.7 聚合物的分子自由体积分数计算
2.2.8 广角X射线衍射表征
2.2.9 气体渗透性能测试
2.2.10 分子模拟计算
3 含羧基三蝶烯基朝格尔碱自具微孔聚合物的合成与表征
3.1 本章引言
3.2 实验部分
3.2.1 2,6(7)-二硝基三蝶烯(2,6(7)-dinitrotriptycene,DNT)的合成
3.2.2 2,6(7)-二氨基三蝶烯(2,6(7)-diaminotriptycene,DAT)的合成
3.2.3 2-醛基三蝶烯(2-formyltriptycene,2-FT)的合成
3.2.4 2-三蝶烯甲酸(2-triptycene carboxylic acid, TCA)的合成
3.2.5 6(7),10(11)-二硝基三蝶烯-2-甲酸(6(7),10(11)-dinitrotriptycene-2-carboxylic acid, DNTCA)的合成
3.2.6 6(7),10(11)-二氨基三蝶烯-2-甲酸(6(7),10(11)-diaminotriptycene-2-carboxylic acid, DATCA)的合成
3.2.7 聚合物PIMTB-DAT/DATCA的合成
3.2.8 聚合物膜的制备
3.3 表征与测试结果的讨论
3.3.1 聚合单体的结构表征
3.3.2 聚合物红外光谱表征
3.3.3 聚合物热性能分析
3.3.4 聚合物溶解性测试
3.3.5 聚合物的密度及自由体积分数计算
3.3.6 气体分离性能
3.4 本章小结
4 含羧基三蝶烯基朝格尔碱自具微孔聚合物的热脱羧交联
4.1 本章引言
4.2 实验部分
4.2.1 聚合物膜的热处理
4.2.2 热处理聚合物膜的膜组器制备与气体性能测试
4.3 表征与测试结果的讨论
4.3.1 热处理聚合物膜的红外光谱表征
4.3.2 热处理聚合物膜的热失重分析表征
4.3.3 热处理聚合物膜的溶解性变化情况
4.3.4 热处理聚合物的密度变化情况
4.3.5 聚合物的交联机理及热失重-质谱联用分析
4.3.6 聚合物的链堆砌情况分析
4.3.7 交联膜的气体分离性能
4.3.8 交联膜的抗塑化性能分析
4.3.9 热脱羧交联规律分析
4.4 本章小结
5 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术成果
作者及导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]CO2气体分离膜研究进展[J]. 杨敬国,李敬,崔娜,成娜,国明. 煤炭与化工. 2019(11)
[2]The synthesis of polymers of intrinsic microporosity（PIMs）[J]. Neil B.McKeown. Science China（Chemistry）. 2017(08)
[3]全球气体膜分离技术的研究和应用趋势——基于近20年SCI论文和专利的分析[J]. 邱天然,况彩菱,郑祥,沈志鹏,王晋琳,蔡木林. 化工进展. 2016(07)
[4]挥发性有机物处理技术的特点与发展[J]. 李长英,陈明功,盛楠,刘启飞,胡祖和,方敏,张涛. 化工进展. 2016(03)
[5]膜法富氧技术的应用及研究进展[J]. 孙丽杰,朱敬宏,陈李荔. 广州化工. 2014(12)
[6]富氮空气分离膜[J]. 张可达. 现代化工. 1992(02)
硕士论文
[1]气体分离性能测量装置的搭建与聚合室温离子液体膜的制备与研究[D]. 赵博智.北京化工大学 2016
本文编号：3198475
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