星形PEO膜材料及其复合膜的制备及性能研究

发布时间：2017-10-17 12:25

  本文关键词：星形PEO膜材料及其复合膜的制备及性能研究

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【摘要】：聚环氧乙烷膜材料(PEO)具有高CO2渗透性和高的CO2/light gases溶解选择性。环氧乙烷中的醚氧基团被认为是具有很高溶解选择性的官能团,它与C02之间具有很强的相互作用。因为聚合物中醚氧键的柔韧性的本质,能够形成低的玻璃化转变温度,高活动性的橡胶材料展现出高的气体扩散性,这也有助于高的气体的渗透性。本文首先以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)为单体,分别以双季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)和双季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)为交联剂,通过自由基光聚合制备了一系列的交联聚环氧乙烷膜材料。并通过红外光谱、差示扫描量热法、广角X射线衍射等测试,对其物理性能进行表征,通过渗透仪对其渗透性能进行测试,探索最佳比例的膜材料。结果表明,DPPA/PEGMEA-20 (DPPA/PEGMEA=20:80)膜具有较高的CO2渗透性,其渗透值为681.50 Barrer,同时CO2/N2, CO2/CH4 和 CO2/H2理想选择性为45.01,12.74和8.95;DPHA/PEGMEA-3 (DPHA/PEGMEA=3：97)膜具有较高的C02渗透性,其渗透值为1110.89Barrer,同时CO2/N2, CO2/CH4和CO2/H2理想选择性为42.84,13.30和10.93,且在两种组成的膜中,CO2/N2的选择性均超过了Robeson上限。一方面,在DPPA/PEGMEA中,选择最佳组成DPPA/PEGMEA-20 (DPPA/PEGMEA=20:80)o在预聚液中加入乙酸乙酯溶剂,并改变组成中的交联剂,研究预聚液中的组成对常用基膜的影响。结果表明,这些常用基膜不能作为基膜使用。另一方面,我们制备了不同种类的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)基膜,并测试其渗透速率。在DPHA/PEGMEA中,选择最佳组成DPHA/PEGMEA-3 (DPHA/PEGMEA=3:97)为涂层液,以PEGDA/PEG400(70/30)膜为基膜,涂层后,采用自由基光聚合制备复合膜,并对其渗透性能进行研究。结果表明,在Com-PEGDA/PEG400(70/30)复合膜中,得到的最大CO2渗透速率为2061.21 GPU, CO2/N2选择性为39.22。
【关键词】：CO_2分离膜 聚环氧乙烷膜 复合膜 光聚合
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 CO_2分离的背景11
• 1.2 CO_2分离的方法11-13
• 1.2.1 溶剂吸收法11-12
• 1.2.2 低温精馏法(深冷分离法)12
• 1.2.3 变压吸附法(PSA)12
• 1.2.4 膜法分离及应用12-13
• 1.2.4.1 CO_2的分离和回收12-13
• 1.2.4.2 H_2的分离和回收13
• 1.2.4.3 空气中的氧、氮分离13
• 1.3 气体分离膜综述13-19
• 1.3.1 体膜分离原理13-15
• 1.3.1.1 多孔膜的扩散机理13-14
• 1.3.1.2 非多孔膜的扩散机理14-15
• 1.3.2 膜性能15-17
• 1.3.2.1 渗透性和选择性15-16
• 1.3.2.2 溶解性16
• 1.3.2.3 扩散性16-17
• 1.3.3 制备工艺17-18
• 1.3.4 复合膜18-19
• 1.4 膜材料19-26
• 1.4.1 PEG液膜22
• 1.4.2 PEO共混膜22-23
• 1.4.3 PEO共聚膜23-25
• 1.4.4 PEO交联膜25-26
• 1.5 星形聚合物和光固化26-27
• 1.6 本文研究内容及意义27-29
• 第二章 DPPA/PEGMEA、DPHA/PEGMEA膜的制备及性能表征29-47
• 2.1 实验原料及设备29
• 2.2 DPPA/PEGMEA和DPHA/PEGMEA膜材料的制备29-31
• 2.3 表征方法及性能测试31-33
• 2.3.1 物理特性31-32
• 2.3.1.1 红外光谱分析(FTIR)31
• 2.3.1.2 差示扫描量热法测试(DSC)31
• 2.3.1.3 广角X射线衍射(WAXD)31
• 2.3.1.4 膜厚测试31
• 2.3.1.5 密度测试31-32
• 2.3.2 渗透性能测试32-33
• 2.4 DPPA/PEGMEA-XX膜材料的结果与讨论33-39
• 2.4.1 物理特性33-35
• 2.4.1.1 红外光谱分析33-34
• 2.4.1.2 差示扫描量热法测试分析34-35
• 2.4.1.3 广角X射线衍射35
• 2.4.2 聚合物的组成对气体渗透性能的影响35-38
• 2.4.2.1 扩散性35-36
• 2.4.2.2 溶解性36-37
• 2.4.2.3 渗透性37-38
• 2.4.3 溶剂对气体渗透性能的影响38-39
• 2.5 DPHA/PEGMEA-XX膜材料的结果与讨论39-43
• 2.5.1 物理特性39-41
• 2.5.1.1 红外光谱分析39
• 2.5.1.2 差示扫描量热法测试分析39-40
• 2.5.1.3 广角X射线衍射40-41
• 2.5.2 聚合物组成对气体渗透性能的影响41-43
• 2.5.2.1 扩散性41
• 2.5.2.2 溶解性41-42
• 2.5.2.3 渗透性42-43
• 2.6 本章小结43-47
• 第三章 基膜的制备及性能研究47-59
• 3.1 实验原料及设备47-48
• 3.2 常用复合膜基膜的制备及性能研究48-55
• 3.2.1 PVDF膜的制备48
• 3.2.2 PEI膜的制备48-49
• 3.2.3 PES膜的制备49
• 3.2.4 PSF膜的制备49-50
• 3.2.5 PAN膜的制备50
• 3.2.6 常用基膜性能的测试50-54
• 3.2.6.1 DPPA对PVDF、PEI、PES、PSF湿膜性能的影响50-51
• 3.2.6.2 DPHA对PES和PAN湿膜性能的影响51-52
• 3.2.6.3 DPPA对PVDF、PES和PSF干膜性能的影响52
• 3.2.6.4 旋涂在PSF和PES基膜上的性能测试52-53
• 3.2.6.5 浸渍对PSF膜性能的影响53
• 3.2.6.6 PEGDA对PSF、PES和PVDF湿膜性能的影响53-54
• 3.2.6.7 PEGDA对PSF和PVDF干膜性能的影响54
• 3.2.7 溶剂对常用基膜的影响分析54-55
• 3.3 PEGDA系列膜的制备及性能测试55-58
• 3.3.1 PEGDA系列膜的制备56
• 3.3.2 基膜渗透速率测试56-57
• 3.3.3 结果与讨论57-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 复合膜的制备及性能研究59-71
• 4.1 实验原料及设备59-60
• 4.2 复合膜的制备60
• 4.3 复合膜的表征与性能测试60-61
• 4.3.1 复合膜的气体渗透速率测试60-61
• 4.3.2 场发射扫面电镜分析61
• 4.3.3 原子力显微镜分析61
• 4.4 结果与讨论61-69
• 4.4.1 Com-PEGDA/PEG400(70/30)膜的性能分析61-65
• 4.4.1.1 渗透速率的分析61
• 4.4.1.2 场发射扫描电镜的分析61-64
• 4.4.1.3 原子力显微镜的分析64-65
• 4.4.2 基膜对复合膜的性能影响65-69
• 4.4.2.1 渗透速率的分析65-66
• 4.4.2.2 场发射扫描电镜的分析66-67
• 4.4.2.3 原子力显微镜的分析67-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 结论与展望71-73
• 5.1 结论71
• 5.2 展望71-73
• 参考文献73-81
• 发表论文和参加科研情况81-83
• 致谢83

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