基于无堵塞分散相的混合基质膜制备及其气体分离性能研究

发布时间：2023-07-05 20:35

　　近年来,气体膜分离已发展成为独立的化工操作单元,其核心仍是开发兼具高气体渗透性与高选择性的膜材料。其中,将高性能的分散相微-纳米颗粒作为分散相引入聚合物膜基质中所制备的混合基质膜已成为膜材料开发领域的研究热点之一。针对混合基质膜中聚合物基质相易渗入分散相颗粒中堵塞微-纳米颗粒微通道,从而使得高性能的微/纳米颗粒不能很好的发挥作用这一问题。本论文从混合基质膜的成膜方式和分散相颗粒构型分别为出发点,探究防止分散相颗粒微通道被堵塞的方法,进而制备出高性能的混合基质膜材料与分离膜。一方面从成膜方式入手,采用聚合物基质先固化,分散相颗粒后固化成型的思路,从而避免常规方法中聚合基质相渗入微-纳米颗粒微通道中。论文通过一步法制备以含氮碳纳米颗粒(Nitrogen-doped porous carbons,NDPC)为分散相,自具微孔聚合物(Polymer of intrinsic microporosity,PIM)为聚合物基质的混合基质膜。考察了热处理成膜温度及NDPC含量对混合基质膜性能的影响。结果表明,NDPC与聚合物基质之间具有良好的相容性,并且在膜内分散均匀。在NDPC含量为2 wt.%和...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 气体分离膜的研究背景及发展
    1.2 气体分离膜的分类
        1.2.1 传统气体分离膜
            1.2.1.1 无机膜
            1.2.1.2 有机膜
        1.2.2 新型气体分离膜
    1.3 膜气体分离的原理
        1.3.1 气体在多孔膜中的分离原理
        1.3.2 气体在非多孔膜中的分离原理
        1.3.3 Robeson Upper Bound
    1.4 混合基质膜
        1.4.1 混合基质膜连续相和分散相的选择
        1.4.2 高性能分散相
        1.4.3 混合基质膜存在的主要问题
        1.4.4 混合基质膜的改性方法
    1.5 本论文选题思路及工作内容
        1.5.1 本论文的选题思路
        1.5.2 本论文的工作内容
第二章 含氮多孔碳纳米颗粒对PIM-1膜的改性研究
    2.1 引言
    2.2 实验试剂
    2.3 实验仪器
    2.4 实验部分
        2.4.1 NDPC/PIM混合基质膜的制备
    2.5 膜及添加物表征方法
        2.5.1 傅里叶红外光谱仪
        2.5.2 扫描电子显微镜
        2.5.3 透射电子显微镜
        2.5.4 纳米粒径电位分析仪
        2.5.5 广角X射线衍射仪
        2.5.6 差示扫描量热法仪
        2.5.7 全自动物理化学吸附仪
        2.5.8 气体吸附测试
    2.6 结果与讨论
        2.6.1 含氮碳纳米颗粒的结构分析
        2.6.2 NDPC/PIM混合基质膜形貌及链段间距分析
        2.6.3 含NDPC混合基质膜气体传输性能分析
    2.7 本章小结
第三章 中空微球对聚合物膜材料的改性研究
    3.1 引言
    3.2 实验试剂
    3.3 实验仪器
    3.4 实验部分
        3.4.1 中空纳米微球的制备
            3.4.1.1 PAR-HNPs(TTSBI)中空微球的制备
            3.4.1.2 PAR-HNPs(BTSBI)中空微球的制备
        3.4.2 HNPs/Pebax混合基质膜的制备
        3.4.3 HNPs/PDMS混合基质膜的制备
        3.4.4 HNPs/PIM混合基质膜的制备
        3.4.5 HNPs/PEI混合基质膜的制备
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 聚芳酯中空微球形貌分析
        3.5.2 聚芳酯中空微球结构分析
        3.5.3 混合基质膜的形貌及链段间距分析
        3.5.4 含中空微球混合基质膜的气体传输性能分析
            3.5.4.1 HNPs/Pebax混合基质膜的气体传输性能分析
            3.5.4.2 HNPs/PDMS混合基质膜气体传输性能分析
            3.5.4.3 HNPs/PIM混合基质膜气体传输性能分析
            3.5.4.4 HNPs/PEI混合基质膜气体传输性能分析
    3.6 本章小结
第四章 PAR-HNPs(BTSBI)/PIM-1 复合膜的制备及气体分离性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验试剂
    4.3 实验仪器
    4.4 实验部分
        4.4.1 复合膜的制备
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 复合膜的形貌分析
        4.5.2 探究预处理条件及提拉速度对复合膜的性能影响
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢



本文编号：3836391