氢分离质子—电子双相复合膜的制备与性能

发布时间：2024-10-04 18:03

　　氢气是工业生产中的重要原料,同时它也是一种绿色环保、可再生的新型能源。但是,由于氢的活泼性自然界中没有游离的氢气,其主要通过煤化工以及石油加工而获得,难于直接获得纯氢。因此,氢气的分离纯化技术已经成为氢能应用中的关键技术。在各种氢气分离技术中,膜分离法是当前研究的热点,但是现有的氢气分离膜存在一些缺点,比如:钯膜造价昂贵,质子导体陶瓷膜使用温度高等。鉴于此,本论文开发了一种用于中低温氢气分离的质子-电子混合导电双相复合膜。首先,以聚醚醚酮（PEEK）为原料,用浓硫酸做磺化试剂制备不同磺化度的磺化聚醚醚酮（SPEEK）。主要研究了磺化温度和磺化时间对SPEEK磺化度和SPEEK膜性能的影响。结果表明:磺化温度越高,磺化速率越快,磺化时间越长,SPEEK的磺化度越大;在60℃下,磺化3～7 h后,SPEEK的磺化度在51.1%～85.4%之间,随着SPEEK磺化度的升高,SPEEK膜的吸水性和溶胀度提高,SPEEK膜的机械性能降低。依据这些性能,综合确定磺化度为72%的SPEEK作为复合膜的质子导电相。然后,以磺化度为72%的SPEEK作为质子导电相、以抗坏血酸还原后的还原氧化石墨烯（rGO...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 研究背景
    1.2 氢气分离膜
        1.2.1 多孔膜及其传递机理
        1.2.2 致密膜及其传递机理
    1.3 质子交换膜
        1.3.1 全氟磺酸质子交换膜
        1.3.2 部分氟化质子交换膜
        1.3.3 非氟质子交换膜
    1.4 非氟质子交换膜的改性
        1.4.1 有机共混改性
        1.4.2 化学交联改性
        1.4.3 无机掺杂改性
    1.5 杂多酸及杂多酸掺杂聚合物膜
        1.5.1 杂多酸简介
        1.5.2 杂多酸-聚合物膜掺杂
    1.6 论文的研究思路及研究内容
第二章 SPEEK的制备与性能
    2.1 前言
    2.2 实验药品与实验仪器
        2.2.1 实验仪器
        2.2.2 实验药品
    2.3 材料制备
        2.3.1 SPEEK的制备
        2.3.2 SPEEK膜的制备
    2.4 结构表征和性能测试
        2.4.1 结构表征
        2.4.2 SPEEK磺化度的测定
        2.4.3 SPEEK膜的电导率测试
        2.4.4 SPEEK膜的机械性能测试
        2.4.5 SPEEK膜的干湿性变性测试
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 SPEEK磺化度分析
        2.5.2 FT-IR谱图分析
        2.5.3 SPEEK的晶体结构
        2.5.4 SPEEK膜的质子电导率
        2.5.5 SPEEK膜的机械性能分析
        2.5.6 SPEEK膜的吸水率和溶胀性
    2.6 本章小结
第三章 SPEEK-rGO双相复合膜的制备与性能
    3.1 前言
    3.2 实验所需药品和仪器
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 实验仪器
    3.3 rGO及双相复合膜和膜反应器的制备
        3.3.1 rGO的制备
        3.3.2 SPEEK-rGO双相复合膜制备
        3.3.3 SPEEK-rGO双相复合膜分离器的制备
    3.4 rGO与 SPEEK-rGO双相复合膜结构表征和性能测试
        3.4.1 rGO结构表征
        3.4.2 SPEEK-rGO双相复合膜的气密性测试
        3.4.3 SPEEK-rGO双相复合膜的机械性能测试
        3.4.4 SPEEK-rGO双相复合膜的微观形貌(SEM)
        3.4.5 SPEEK-rGO双相复合膜透氢性能测试
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 rGO结构分析
        3.5.2 SPEEK-rGO复合膜的气密性
        3.5.3 SPEEK-rGO双相复合膜的机械性能分析
        3.5.4 SPEEK-rGO双相复合膜的SEM分析
        3.5.5 SPEEK-rGO双相复合膜的透氢性能
    3.6 小结
第四章 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的制备与性能
    4.1 前言
    4.2 实验所需试剂和仪器
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 实验仪器
    4.3 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的制备
    4.4 Al_2O_3 中空纤维膜及SPEEK-HPW-rGO/Al_2O_3 双层膜的制备
        4.4.1 Al_2O_3中空纤维膜的制备
        4.4.2 SPEEK-HPW-rGO/Al_2O_3 双层膜的制备
    4.5 复合膜性能的表征和测试
        4.5.1 复合膜的气密性测试
        4.5.2 复合膜的微观形貌测试
        4.5.3 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的透氢性能测试
    4.6 结果与讨论
        4.6.1 双相复合膜的致密性
        4.6.2 复合膜的微观形貌
        4.6.3 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的透氢性能测试
    4.7 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 存在的问题与展望
参考文献
在读期间主要工作
致谢



本文编号：4006990