面向氢分离用芴基Cardo型微孔聚希夫碱的合成与性能研究
发布时间：2018-06-09 14:56
本文选题：有机微孔材料 + 笼型微孔通道 ； 参考：《江南大学》2017年硕士论文
【摘要】：氢能被公认为21世纪最具有应用前景的清洁能源,对氢能的开发和利用是解决能源危机和环境污染的重要途径。在氢气(H2)的生产以及应用过程中,H2的分离纯化俨然成为促进氢能发展的重要环节。与传统工业分离技术相比,膜分离技术因其具有节能、环保、经济收益等方面有诸多优势被广泛关注。近年来,有机微孔材料(MOPs),因其具有高孔隙率和较高的热、化学稳定性,被广泛用于气体储存和分离、催化、光电材料等领域。然而,制备高分离性能和稳定性高的MOPs基H2/CO2分离膜仍是当今膜分离领域的难点。为此,本论文通过分子设计制备了具有笼型微孔的聚希夫碱(TC cPSB)材料,利用不同工艺分别制备了TR-PBO/TC-cPSB混合基质膜和TC-x-cPSB气体分离膜,并系统研究了构筑单体、制备工艺对材料微孔结构和气体分离性能的影响。通过气体分离性能数据和材料微孔结构共同分析得出膜材料的构效关系。本文的主要研究内容与结论如下:(1)利用9,9-双(4-氨基苯基)芴(BAFL)和对苯二甲醛进行脱水缩聚成功制备出了芴基Cardo型聚希夫碱微球(cPSB),然后通过对cPSB进行高温处理,制得了一系列热交联聚希夫碱(TC-cPSB-X)微孔微球,并分别对材料制备过程中的反应机理、微球的基本物理性能、微观形貌、微孔特征等进行了相应的表征和测试。结果表明:cPSB微球具有笼型拓扑结构(大孔腔、窄通道)的微孔,并且随着处理温度的升高,其孔腔和孔道也随之扩大,当温度达到400 ℃及其以上时,该材料将失去笼型微孔特征,表现出更高的比表面积。这表明,利用不同的实验工艺能够对材料的微孔尺寸和形貌进行设计和调控。此外,随着热交联的进行,材料由原来的线性可溶性聚合物转变为不溶的交联网络结构,且表现出较高的热稳定性。(2)利用溶剂挥发法以及热重排反应制备了一系列不同TC-cPSB微球添加量的热重排聚苯并恶唑/热交联聚希夫碱混合基质膜(TR-PBO/TC-cPSB-X)。研究了共混膜的热稳定性、机械性能以及不同粒子添加量对H2/CO2分离性能的影响。实验发现:TR-PBO/TC-cPSB-X混合基质膜表现出优异的H2/CO2分离选择性。与TR-PBO纯膜相比,当TC-cPSB纳米微球添加量为15 wt%时,H2的渗透系数(312.5 Barrers)提高了近3.2倍,与此同时,H2/CO2的分离选择性(5.35)也随之提高了3.8倍,表现出一种反“trade-off”效应,并打破了2008 Robeson上限。此外,混合基质膜的两相之间具有很好的相容性,能够有效的避免界面缺陷。(3)利用预聚成膜然后高温交联(350 ℃)的制膜工艺,制备了具有较好机械性能的三种热交联聚希夫碱(TC-x-cPSB)膜。研究了不同构筑单体对膜热稳定性、机械性能、微孔结构以及H2/CO2分离选择性的影响。数据表明TC-x-cPSB膜,均具有笼型微孔结构并展现出较高的H2/CO2分离选择性,且三者均超出了2008年Robeson上限。其中TC-m-cPSB膜的H2的扩散系数为1056.5 Barrers,H2/CO2分离选择性为17.4。此外,三种膜均不能溶于普通有机溶剂,同时也表现出较好的机械性能和较高的热稳定性,其分解温度高达450 ℃。
[Abstract]:姘㈣兘琚叕璁や负21涓栫邯鏈，
本文编号：2000113
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