聚酰亚胺膜的化学改性及其渗透汽化脱水研究

发布时间：2023-11-05 09:56

　　随着化石燃料的稀缺和环境污染的加剧,生物燃料特别是生物醇受到了越来越多的关注。渗透汽化,作为一种基于膜的分离工艺,用于从发酵系统分离生物醇是极具竞争力的。因为与传统的分离技术相比,渗透汽化不仅具有环境友好和成本低等优点;特别的是,其还能高效分离共沸混合物。众所周知,膜是决定渗透汽化分离性能的关键因素之一。从渗透汽化脱水膜材料的选择来看,聚酰亚胺已被证明是优良候选之一,因为其具备比大多数常规亲水性高分子更突出的物理化学性质,比如高的热稳定性和优异的机械性能。然而,聚酰亚胺膜仍面临着低通量和不可忽视的溶胀等问题。为此,本论文通过热交联、酰肼交联以及热环化脱水等对聚酰亚胺膜进行了化学修饰,并研究了不同改性手段对其相应的物化性质、分离性能和长期操作稳定性的影响。首先,分别通过化学和热亚胺化方法合成两种新的含羧基的聚酰亚胺,然后对相应的膜进行热处理改性。结果表明,热处理对这两种含羧基的聚酰亚胺膜的物化性质和分离性能具有相似的影响。相对低温的热处理仅导致热退火,而较高温度的热处理还会引发热诱导的脱羧基交联(热交联)。含羧基的聚酰亚胺膜在适当温度下进行热交联后,其用于乙醇脱水的分离性能可以被明显改善...

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 渗透汽化
        1.1.1 渗透汽化的历史
        1.1.2 渗透汽化的基本原理
        1.1.3 渗透汽化的传质模型
        1.1.4 渗透汽化过程的影响因素
        1.1.5 渗透汽化的应用领域
    1.2 渗透汽化膜
        1.2.1 渗透汽化膜的分类
        1.2.2 渗透汽化高分子膜材料的选择
        1.2.3 渗透汽化高分子膜的常规制备方法
    1.3 聚酰亚胺分离膜
        1.3.1 聚酰亚胺
        1.3.2 聚酰亚胺膜在渗透汽化领域的应用
    1.4 聚酰亚胺渗透汽化膜的改性
        1.4.1 共混
        1.4.2 热退火
        1.4.3 热重排
        1.4.4 热环化脱水
        1.4.5 热交联
        1.4.6 胺交联
        1.4.7 醇交联
    1.5 本文的研究内容及创新点
        1.5.1 本文的研究内容
        1.5.2 本文的创新点
2 材料与方法
    2.1 材料与仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验仪器
    2.2 渗透汽化性能测试
    2.3 表征方法
        2.3.1 GPC
        2.3.2 特性粘度测试
        2.3.3 FTIR
        2.3.4 TGA
        2.3.5 WXRD
        2.3.6 溶解度测试
        2.3.7 机械拉伸测试
        2.3.8 UV
        2.3.9 接触角测试
        2.3.10 熔点测试
        2.3.11 ¹H NMR
        2.3.12 凝胶含量测试
        2.3.13 XPS
        2.3.14 吸附测试
        2.3.15 脱附测试
    2.4 本章小结
3 热交联改性
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料与仪器
        3.2.2 热交联PI致密膜的制备
        3.2.3 渗透汽化性能测试
        3.2.4 PI的合成表征
        3.2.5 热交联PI膜的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 PI的合成表征
        3.3.2 热处理温度对PI膜的物化性质的影响
        3.3.3 热处理温度对PI膜的渗透汽化性能的影响
        3.3.4 操作温度对热交联PI膜的渗透汽化性能的影响
        3.3.5 渗透汽化性能比较
    3.4 本章小结
4 三酰肼交联改性
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料与仪器
        4.2.2 BTCH的合成
        4.2.3 BTCH交联MATRIMID致密膜的制备
        4.2.4 渗透汽化性能测试
        4.2.5 BTCH的合成表征
        4.2.6 BTCH交联PI膜的表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 BTCH的合成表征
        4.3.2 BTCH含量对交联PI膜的影响
        4.3.3 成膜温度对BTCH交联PI膜的影响
        4.3.4 渗透汽化性能比较
    4.4 本章小结
5 热环化脱水改性
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 材料与仪器
        5.2.2 热环化脱水改性PI膜的制备
        5.2.3 渗透汽化性能测试
        5.2.4 表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 热环化脱水改性PI膜的表征
        5.3.2 热环化脱水改性PI膜的渗透汽化分离性能
        5.3.3 操作温度对渗透汽化性能的影响
        5.3.4 长期操作稳定性测试
    5.4 本章小结
6 交联和热环化脱水联合改性
    6.1 引言
    6.2 试验部分
        6.2.1 材料与设备
        6.2.2 改性PI致密膜的制备
        6.2.3 渗透汽化性能测试
        6.2.4 膜表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 不同改性PI膜的物化性质
        6.3.2 不同改性PI膜的分离性能
        6.3.3 溶解和扩散分析
        6.3.4 联合改性的PI膜用于不同醇类有机物脱水的分离性能
        6.3.5 渗透汽化性能比较
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士期间发表论文与取得的其它研究成果及荣誉



本文编号：3860802