PPENK复合膜的制备及其渗透汽化性能

发布时间：2020-06-24 17:05

【摘要】：膜材料通过渗透汽化进行芳烃/烷烃混合物分离的技术在分离有机共沸物和沸点相近的有机混合物时具有显著的优势,因此其在石油化工和绿色生产等领域具有重要的潜在价值。本文中通过常压介质阻挡放电(DBD)等离子体同步辐照接枝技术,制备带有“孔填充”结构的复合膜并用于芳烃/烷烃的渗透汽化分离,同时考察了超滤膜孔径及分布和复合膜制备条件对所得复合膜的结构形貌和其对芳烃/烷烃分离效果的影响,并采用分子动力学模拟计算来探索这些影响所产生的原因。首先,以耐高温的二氮杂萘酮联苯结构的聚芳醚腈酮(PPENK)制备带有大量微孔道的超滤膜并作为底膜,借助DBD等离子体技术,以氦气为放电气体,通过同步辐照接枝将聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(PEO500OHMA)接枝到PPENK超滤底膜的表面及其孔道内,制备带有“孔填充”结构的复合膜。此外,考察了超滤底膜的孔径及其分布、单体水溶液的涂覆浓度和温度对所得复合膜在芳烃/烷烃的渗透汽化分离中的影响,并通过傅立叶红外光谱仪(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征所得超滤膜和复合膜的结构形貌。研究发现,以孔径为15 nm左右的PPENK超滤膜作为底膜,所得的复合膜对甲苯/正庚烷体系(甲苯为20 wt%)的选择性最佳,膜选择性可达6.85,甲苯和正庚烷的渗透速率分别为1379 gpu和202 gpu;在45 ~oC下涂覆时,随着单体水溶液的浓度从0.30 mol/L增加到0.75 mol/L,所得复合膜对甲苯/正庚烷的选择性先增大后减小,在0.45 mol/L的浓度下涂覆可达到最大值,且复合膜的接枝层厚度未随单体水溶液的浓度增大而增大,而和选择性变化一致,都先增大后减小且在浓度为0.45 mol/L时出现最大值;固定涂覆浓度为0.45 mol/L,随着涂覆温度从30 ~oC升高到60 ~oC,所得复合膜对甲苯/正庚烷的选择性则逐渐减小,且接枝层厚度亦随着涂覆温度的升高而减小。最后,本文通过表征分析单体水溶液的粘度、表面张力以及超滤底膜的接触角,结合分子动力学模拟技术,尝试从PEO500OHMA大分子单体在溶液中的扩散过程来探索上述实验现象的产生原因。初步结果表明:45~oC下,浓度从0.30 mol/L增加到0.75 mol/L,PEO500OHMA分子在溶液中的扩散系数先增大后减小,且在0.45 mol/L下达到最大值;固定浓度为0.45 mol/L,温度从30 ~oC升高到60 ~oC,PEO500OHMA分子在溶液中的扩散系数则逐渐减小。这一变化规律与复合膜接枝层厚度和膜选择性随单体涂覆浓度和温度的变化一致。因此,可认为单体的扩散是制备“孔填充”复合膜的重要调控参数。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：2728139