中空纤维陶/炭复合气体分离膜的设计制备

发布时间：2024-03-30 06:00

　　碳分子筛膜,简称炭膜,是聚合物膜在惰性气体或真空氛围下经高温热解制备而成的新型炭基膜材料。相比于传统聚合物膜,炭膜拥有耐高温、耐腐蚀等优点。并且炭膜发达的极微孔结构提供了优异的气体渗透通道,有着比聚合物膜更高的气体渗透通量,可以超越Robeson上限。然而普通均质炭膜质地易碎,严重限制了炭膜的应用与发展。因此越来越多的研究人员将目光转向于复合炭膜。复合炭膜一般由基底和分离层两部分组成,其中基底提供良好的机械强度,由炭膜构成的分离层提供分离作用。正因为如此,复合炭膜拥有着比均质膜更薄的分离层,从而拥有更高的气体渗透通量。本文采用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源修饰调控陶瓷纤维膜孔结构作为复合炭膜基膜。研究了溶胶各组份配比、环境条件以及添加剂对修饰效果的影响,并以修饰后的陶瓷纤维膜作基膜,制备PEK-C基复合炭膜,考察了铸膜液浓度、干燥温度、预氧化过程等因素对复合炭膜气体分离性能的影响。得到结果如下:1)溶胶各组分配比对溶胶体系的稳定性、凝胶体结构有着重要影响。当溶胶各组分摩尔比为TEOS:EtOH:H₂O:HCl=1:3:4:0.025时,修饰后的陶瓷纤...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1炭膜缝状结构示意图(a)和理想的双峰孔径分布图(b)[23]

炭膜具有发达极微孔结构,提供了大量的气体渗透通道,从而有着比传统聚合物膜更高的气体渗透通量,可以超越Robeson上限[19-25]。Adams和Rungta等人以6FDA:BPDA-DAM聚酰亚胺前体制备炭膜,认为聚酰亚胺前体断裂形成芳香链,为整个炭膜结构提供了基础[26,27....

图1.2聚酰亚胺的基本分子结构

Koros等人[38]以聚酰亚胺前体6FDA/BPDA-DAM为材料考察了热解气氛、氧气含量对炭膜的影响。Kelly等人[39]以高分子量聚酰亚胺(Matrimid)为前体制备复合炭膜。当热解温度为650℃时,制备出纯分子筛分机理炭膜对于H2/N2和H2/CH4的选择性分别为4.....

图1.3溶胶-凝胶过程

溶胶若想向凝胶状态转变,需要满足胶粒之间的作用力大于凝胶势垒。因此减弱溶胶胶粒间的作用力或者增大势垒作用都可以阻止溶胶凝胶化,促使溶胶体系更加稳定。常用的方法主要有增加胶粒的电荷量、利用溶剂化效应等。同样,通过溶剂挥发、冷冻、加入电解质等方法也可以破坏溶胶体系的稳定性,促使溶胶向....

图1.4酸性条件下水解反应机理

当以酸为催化剂时,TEOS的水解反应是二级反应,水和酸的浓度同时控制着水解速率[58]。溶液中H3O+的亲电机理促使H3O+进攻含烷氧基的Si原子,通过未共用电子对的相互吸附形成中间过渡态。水解反应初期,Si原子上烷氧基数量多,反应速率快,因而由缩聚反应决定整个反应的速率。而随着....

本文编号：3941920