当前位置:主页 > 科技论文 > 化工论文 >

杂化聚酰亚胺膜气体渗透性能的模拟研究

发布时间:2018-06-24 23:35

  本文选题:分子模拟 + 杂化膜 ; 参考:《华北理工大学》2017年硕士论文


【摘要】:目前国内外普遍关注全球变暖问题,绿色少碳成为了人们追崇的生活方式。从混合气CO2/N2中分离出CO2气体是能源及化工行业的重要分离过程,膜法分离在CO2回收中发挥着重要作用。杂化聚酰亚胺膜是将无机相掺杂到连续的高分子聚酰亚胺体系中而形成的具有无机相和有机相共同优良性质的膜材料,其突破了传统无机膜或有机膜材料研发的瓶颈。从分子结构来预测复合膜的宏观性质,进而对气体的溶解扩散性能预测成为研究热点。分子模拟技术可以缩小聚合物膜材料的研发周期,减少试验所需材料的耗费,提高效率并节约开发成本。实验并不能从聚合物的自由体积、聚合物与纳米粒子间的氢键、吸附能与吸附位等微观角度对气体的溶解扩散进行解释与表征,而分子模拟技术补充了实验存在的不足之处。以PMDA-ODA型聚酰亚胺为基本模拟单元,纳米SiO2颗粒为掺杂剂,采用COMPASS力场为势能模型,运用蒙特卡洛、分子力学与动力学方法对杂化聚酰亚胺膜(PI/SiO2)的气体渗透性能进行了研究。构建了含20个单体的等规立构高分子链,经一系列优化处理过程,获取了与实验数据相近的聚合物高分子链结构模型。分子动力学计算获取了CO2与N2在PI聚合物中的溶解、扩散与渗透的相关系数,通过XRD确定了体系的可靠性,研究发现PI分子与SiO2之间的氢键使得SiO2颗粒在PI模型中能够稳定存在,自由体积等参数的计算表明无机纳米SiO2颗粒的引入增强了膜对CO2的渗透分离性能。
[Abstract]:At present, the problem of global warming is concerned at home and abroad, and green and less carbon has become the way of life. Separation of CO _ 2 from CO _ 2 / N _ 2 mixture is an important separation process in energy and chemical industry. Membrane separation plays an important role in CO _ 2 recovery. Hybrid polyimide membrane is a kind of membrane material with excellent properties of inorganic phase and organic phase which is formed by doping inorganic phase into continuous polymer polyimide system. It breaks through the bottleneck of traditional inorganic membrane or organic membrane material research and development. The macroscopical properties of the composite membrane are predicted from the molecular structure, and the prediction of the solubility and diffusion properties of the gas becomes a hot research topic. Molecular simulation technology can reduce the research and development cycle of polymer membrane materials, reduce the cost of materials needed for testing, improve the efficiency and save the development cost. The experiments can not explain and characterize the gas dissolution and diffusion from the angle of free volume of polymer, hydrogen bond between polymer and nanoparticles, adsorption energy and adsorption site, etc. However, molecular simulation technology complements the shortcomings of the experiment. The gas permeability of hybrid polyimide membrane (Pi / Sio _ 2) was studied by Monte Carlo method using PMDA-ODA polyimide as basic simulation unit, nano-SiO _ 2 particles as dopant, and compass force field as potential energy model. The isotactic polymer chain containing 20 monomers was constructed. After a series of optimization processes, a polymer chain structure model similar to the experimental data was obtained. The correlation coefficients of dissolution, diffusion and permeation of CO _ 2 and N _ 2 in Pi polymer were obtained by molecular dynamics calculation. The reliability of the system was determined by XRD. It is found that the hydrogen bond between Pi molecule and Sio _ 2 makes the Sio _ 2 particles exist stably in the Pi model. The calculation of the free volume and other parameters shows that the introduction of inorganic nano-SiO _ 2 particles enhances the permeability and separation performance of the membrane to CO _ 2.
【学位授予单位】:华北理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ051.893

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 潘国荣;蒲翠满;;碳酸饮料中二氧化碳的检验设计[J];教学仪器与实验;2015年11期

2 侯丹丹;刘大欢;阳庆元;仲崇立;;金属-有机骨架材料在气体膜分离中的研究进展[J];化工进展;2015年08期

3 孔令先;赵延军;张志强;陈雷;尹晓天;;锅炉烟气二氧化碳捕集技术在油田驱油中的应用[J];中国设备工程;2015年05期

4 张建军;;膜分离技术的研究与应用[J];广州化工;2015年07期

5 范昌改;帅茂兵;周元林;邵虹;齐晶晶;;气体分子在聚氯代对二甲苯中渗透行为的数值模拟[J];高分子材料科学与工程;2015年03期

6 曹映玉;杨恩翠;王文举;;二氧化碳膜分离技术[J];精细石油化工;2015年01期

7 李媛媛;高会元;刘然;程慧敏;王纯;;硅系有机-无机杂化气体分离膜研究进展[J];化工新型材料;2014年07期

8 李鑫;方小峰;李健生;孙秀云;沈锦优;韩卫清;王连军;;纳米Ag粒子原位杂化PVDF超滤膜的抗污染性能[J];环境科学学报;2014年03期

9 杜灵根;焦丕玉;王晓梅;;环氧树脂结构建模及玻璃化转变温度模拟计算[J];绝缘材料;2012年02期

10 闫健娜;高会元;张彦改;任莉;;聚醚酰亚胺基炭分子筛膜的形成及其气体分离性能研究[J];功能材料;2012年04期

相关博士学位论文 前3条

1 易玉林;大环齐聚倍半硅氧烷的合成、功能化及其用于制备有机无机杂化高分子材料研究[D];上海交通大学;2014年

2 张莉;有机/无机纳米复合薄膜的制备及性质研究[D];安徽大学;2007年

3 潘睿;聚酰亚胺结构与性能的分子模拟及分子设计的研究[D];四川大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 李婷;新型自具微孔高分子薄膜中气体输运行为和分离性能的分子模拟研究[D];北京理工大学;2016年

2 芦霞;改性聚酰亚胺膜制备及CO_2分离性能研究[D];天津大学;2014年

3 孙爱玲;气体分子在聚砜膜中溶解扩散过程的分子模拟[D];天津理工大学;2014年

4 刘然;新型气体分离膜研制及CO_2分离性能研究[D];河北联合大学;2014年

5 林杰;基于Materials Studio的聚合物基纳米复合材料力学性能模拟[D];暨南大学;2013年

6 钟颖;分子模拟研究气体在高渗透性膜中扩散溶解行为[D];西南大学;2012年

7 任慧卿;聚酰亚胺与多孔材料混合基质膜的制备及气体分离的研究[D];华东理工大学;2012年

8 岳雅娟;有机分子在聚乙烯膜中溶解扩散过程的分子模拟[D];中国海洋大学;2011年

9 荣丽萍;分子模拟研究小分子气体在常用包装聚合膜中的扩散行为[D];山东大学;2011年

10 陈瑜;分子模拟研究气体在含氟聚酰胺酰亚胺膜中的渗透行为[D];厦门大学;2009年



本文编号:2063491

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/2063491.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户c6a2c***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com