基于三蝶烯的耐溶胀抗老化固有微孔聚合物（PIMs）气体分离膜材料的研发

发布时间：2019-02-18 09:59

【摘要】：PIMs是一种具有刚性链结构的有机多微孔聚合物,拥有极高的自由体积,可溶性PIMs作为气体分离膜材料具有较高的渗透系数和可观的选择性,因此成为膜材料研究者们关注的焦点。然而PIMs的分离性能严重受到高溶解性气体(如CO2)的溶胀影响,导致膜丧失选择性,而PIMs老化会使膜的渗透性能下降,因此制备具有较高渗透系数和选择性的耐溶胀PIMs膜是十分必要的。本实验选取基于三蝶烯的Troger's base (TB)新型PIMs为研究对象,向三蝶烯一侧引入羧基,采用酯化交联改性方法,制备具有高渗透性、选择性、耐溶胀性和抗老化性的膜材料。本试验中成功设计合成出了 2, 6 (7)-二氨基三蝶烯和2- (6(7),10 (11)-二氨基三蝶烯)甲酸两种单体,将这两种三蝶烯单体按照不同比例聚合成三种具有Troger'sbase (TB)结构的PIMs聚合物,三蝶烯二胺均聚物PIM-Tirp-TB以及含羧基的三蝶烯聚合物TA10、TA20,并将含有羧基的TA10、TA20进行了缩水甘油酯化热交联改性。实验所得五种三蝶烯TB聚合物膜(测试条件1bar,25℃)的气体渗透系数大小顺序均为:CO2H2HeO2CH4N2,其中三蝶烯均聚物的CO2渗透系数在8000barrer以上,O2渗透系数在1500 barrer以上,O2/N2选择性4.3,CO2/CH4选择性13.0,聚合物选择性在引入羧基以及酯化交联后均有增加,其中改性后聚合物的CO2/CH4选择性可以达到20以上(N2/O2提高32.8%,CO2/CH4提高66.2%)。老化40天后几种聚合物的选择性均有所增加,渗透系数均呈下降趋势,其中,改性后聚合物的下降程度最小,说明改性后提高了材料的抗老化性能。五种聚合物膜在的纯CO2和CH4渗透系数随着压力的增高(20bar)测试中均未显示出溶胀现象,而在CO2/CH4混合气测试中,三蝶烯均聚物PIM膜在高压下CH4渗透系数显著上升,说明均聚物膜被CO2严重溶胀,而含羧基聚合物及改性聚合物均无明显溶胀现象,但含羧基聚合物的选择性下降较多,其中改性聚合物的CO2/CH4选择性下降较小,说明改性后的膜材料具有更好的耐溶胀性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：2425743