面向分离应用的金属—有机骨架材料/聚合物混合基质膜制备研究

发布时间：2024-03-30 23:25

　　分离是化工生产过程中的重要操作单元,也是设备投资和能耗费用占比很高的工段之一。传统的分离技术包括精馏、吸收、萃取、结晶等或者对能源的依赖性较大,或者分离过程可能对环境造成相当的污染,促使膜分离这一节能高效、清洁环保的新兴技术越来越受到重视。膜分离技术的发展很大程度上依赖于高性能膜材料的开发。鉴于新型多孔材料与聚合物各自的显著优点,将两者进行复合制备混合基质膜是当前的一个重要发展方向。近年来,由于在孔道结构及化学性质调变方面具有独特的优势,金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)在分离领域表现出了良好的应用潜力。在此基础上,以高性能分离膜的制备为目标,基于MOF材料的混合基质膜的研究也受到了越来越多的关注。本论文针对不同的分离体系,充分利用MOF材料的优势制备出了一系列新型混合基质膜,并从材料的孔道结构、吸附性能、形貌和表面性质等角度,系统分析了填料的掺杂对聚合物膜性能强化的机理。主要内容如下:1、针对CO2/CH4体系的分离,基于对CO2具有选择性吸附作用的NH2-MIL-125(Ti),将其与聚砜(PSF)进行复合制备出了新型混合基质膜。在3...

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【部分图文】：

图１－１?Ｏ２／Ｎ２分离的Ｒｏｂｅｓｏｎ上限??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒｏｂｅｓｏｎ?ｕｐｐｅｒ?ｂｏｕｎｄ?ｏｆ?Ｏ２／Ｎ２?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ??

择性的降低，反之亦然。Ｒｏｂｅｓｏｎ首先提出了这一制约关系，并针对多种气体分离体??系，通过总结大量的实验数据，绘制了?Ｒｏｂｅｓｏｎ上限（Ｕｐｐｅｒ?Ｂｏｕｎｄ），作为衡量气体??分离膜性能的一个综合指标【２（＾］，例如图１－１所示即为〇２／Ｎ２体系的Ｒｏｂｅｓｏｎ上限。??另....

图１－２混合基质膜示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｍｉｘｅｄ?ｍａｔｒｉｘ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??

制备混合基质膜（Ｍｉｘｅｄ?Ｍａｔｒｉｘ?Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，?ＭＭＭｓ）被认为是一种有效地强化聚合物??膜分离性能的途径［２Ｗ６］。??混合基质膜是将填料颗粒均匀分布在聚合物基质中所制备的膜的总称（如图１－２??所示），它有望将聚合物在力学性能、可加工性和成本方面，以及填料在渗....

图１－５聚合物膜内气体分子传质的溶解－扩散模型??

立在对聚合物膜和多孔材料膜分离机理充分了解的基础上。??对聚合物膜而言，其分离机理通常由溶解－扩散模型来解释，该模型适用于物质在??非多孔膜中的渗透过程分析。如图１－５所示，以气体分离为例，进料侧的气体在压力??的驱动下吸附溶解于膜表面，形成较大浓度的气体分子堆积，进而在浓度差的....

图１－７混合基质膜内填料－聚合物间四种可能的界面形态??

众多影响因素中最为显著及普遍的［６５］。??填料与聚合物两相之间的相容性对两者之间的界面情况有明显影响。一般情况??下，混合基质膜内填料与聚合物之间可能出现以下四种界面形态［３８，６５，６６］，如图１－７所??示。图中（ａ）所示为理想的相界面形态，两相之间接触良好，无第三相态出现....

本文编号：3943099