高渗透性复合膜的制备及生物质气体燃料分离性能研究

发布时间：2021-05-23 14:40

　　随着经济社会的快速发展,能源短缺问题正在逐渐显现,开发和利用生物质能越来越受到研究们的关注。其中,生物质发酵氢气（H₂）和沼气（CH₄）最有应用前景。但是,发酵产生的生物质气体燃料中存在的无热值的CO₂,降低了燃烧效率,增加了温室气体排放,开发高效的生物质气体燃料纯化技术已经成为高效氢气和沼气利用过程中的关键问题。膜分离以低耗能和易操作等优点被认为是未来最具发展潜力的分离技术。开发具有高物理化学稳定性,高分离性能的气体分离膜材料已经成为当下研究的热点。本课题以二维碳基氧化石墨烯（GO）和木质纤维制备的一维纳米纤维素（CNFs）作为膜基质,复合多孔材料,并以气体分离基础理论为指导,通过合理的结构设计,系统地制备了高渗透性的氢气（H₂/CO₂）和沼气（CO₂/CH₄）纯化膜。深入研究了复合膜的理化性质和气体渗透性能,分析了分离膜的性能特点和主要应用方向,建立了分离膜的物理化学结构与气体分离性能的相互关系,探索了气体分子在不同结构分离膜中的... 

【文章来源】：南京林业大学江苏省

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 前言
    1.1 生物质能源开发技术
        1.1.1 生物质液化
        1.1.2 生物质气化
    1.2 气体分离技术
        1.2.1 深冷分离技术
        1.2.2 吸附分离技术
        1.2.3 溶液溶解吸收技术
        1.2.4 膜分离技术
    1.3 气体分离膜
        1.3.1 膜分离机理
        1.3.2 膜材料选择
            1.3.2.1 无机膜
            1.3.2.2 高分子膜
            1.3.2.3 有机无机复合膜
        1.3.3 二维材料膜
    1.4 纤维素基气体分离膜
        1.4.1 纤维素简介
        1.4.2 纤维素溶解的体系及纳米纤维素
            1.4.2.1 黏胶法
            1.4.2.2 NMMO/H_2O溶剂体系
            1.4.2.3 LiCl/DMAc溶剂体系
            1.4.2.4 高浓度无机盐溶液体系
            1.4.2.5 碱/尿素或硫脲/水溶剂体系
            1.4.2.6 纳米纤维素的简介
        1.4.3 纤维素基气体分离膜
    1.5 本文的研究意义和主要研究内容
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 主要研究内容
第二章 GO/UiO-66-NH_2复合膜用于H_2纯化分离
    2.1 引言
    2.2 实验原料及仪器
        2.2.1 实验原料及药品
        2.2.2 实验仪器
    2.3 材料与复合膜的制备
        2.3.1 GO的制备
        2.3.2 UiO-66-NH_2的合成
        2.3.3 GO/UiO-66-NH_2复合膜的制备
    2.4 样品表征及气体分离测试
        2.4.1 样品表征
        2.4.2 气体分离测试
    2.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析
        2.5.1 UiO-66-NH_2的表征
        2.5.2 GO的表征
        2.5.3 GO/UiO-66-NH_2复合膜的表征
        2.5.4 GO/UiO-66-NH_2复合膜的气体分离测试结果
    2.6 小结
第三章 石墨相氮化碳/GO复合膜用于H_2纯化分离
    3.1 引言
    3.2 实验原料及仪器
        3.2.1 实验原料及药品
        3.2.2 实验仪器
    3.3 材料与复合膜的制备
        3.3.1 g-C_3N_4的制备与质子化
        3.3.2 g-C_3N_4/GO复合膜的制备
    3.4 样品表征及气体分离测试
        3.4.1 样品表征
        3.4.2 气体分离测试
    3.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析
        3.5.1 g-C_3N_4的表征
        3.5.2 g-C_3N_4/GO复合膜的表征
    3.6 小结
第四章 氨基功能化MOFs@GO作为填料在混合基质膜中选择性分离CO_2
    4.1 引言
    4.2 实验原料及仪器
        4.2.1 实验原料及药品
        4.2.2 实验仪器
    4.3 材料与复合膜的制备
        4.3.1 UiO-66-NH_2@GO的制备
        4.3.2 UiO-66-NH_2@GO复合膜的制备
    4.4 样品表征及气体分离测试
        4.4.1 样品表征
        4.4.2 气体分离测试
    4.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析
        4.5.1 UiO-66-NH_2@GO的表征
        4.5.2 UiO-66-NH_2@GO-PI复合膜的表征
    4.6 小结
第五章 BPPO辅助制备UiO-66-NH_2/BPPO/PES杂化基质膜增强CO_2分离性能
    5.1 引言
    5.2 实验原料及仪器
        5.2.1 实验原料及药品
        5.2.2 实验仪器
    5.3 材料与复合膜的制备
        5.3.1 UiO-66-NH_2的制备
        5.3.2 UiO-66-NH_2/BPPO/PES复合膜的制备
    5.4 样品表征及气体分离测试
        5.4.1 样品表征
        5.4.2 气体分离测试
    5.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析
        5.5.1 UiO-66-NH_2的表征
        5.5.2 UiO-66-NH_2/BPPO/PES复合膜的表征
        5.5.3 UiO-66-NH_2/BPPO/PES复合膜的气体分离性能
    5.6 小结
第六章 原位生长ZIF-8@CNF制备CO_2气体分离膜
    6.1 引言
    6.2 实验原料及仪器
        6.2.1 实验原料及药品
        6.2.2 实验仪器
    6.3 材料与复合膜的制备
        6.3.1 原位生长ZIF-8@CNF
        6.3.2 ZIF-8@CNF复合膜的制备
    6.4 样品表征及气体分离测试
        6.4.1 样品表征
        6.4.2 气体分离测试
    6.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析
        6.5.1 CNF的表征
        6.5.2 ZIF-8@CNF复合膜的表征
        6.5.3 ZIF-8@CNF复合膜的气体分离性能
    6.6 小结
第七章 CNF-NH_2/UiO-66 促进CO_2传递复合膜
    7.1 引言
    7.2 实验原料及仪器
        7.2.1 实验原料及药品
        7.2.2 实验仪器
    7.3 材料与复合膜的制备
        7.3.1 CNF-NH_2的制备
        7.3.2 CNF-NH_2/UiO-66 复合膜的制备
    7.4 样品表征及气体分离测试
        7.4.1 样品表征
        7.4.2 气体分离测试
    7.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析
        7.5.1 CNF-NH_2的表征
        7.5.2 CNF-NH_2/UiO-66 复合膜的表征
        7.5.3 CNF-NH_2/UiO-66 复合膜的气体分离性能
    7.6 小结
第八章 结论、主要创新点和展望
    8.1 结论
    8.2 主要创新点
    8.3 展望
攻读学位期间发表的学术论文
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质能源的研究综述[J]. 席静,王静,梁斌.  山东化工. 2019(02)
[2]生物质能源产业发展现状与展望[J]. 普罗.  绿色科技. 2018(10)
[3]甲烷与二氧化碳混合气分离试验研究[J]. 李雪飞,郭昊乾.  洁净煤技术. 2018(03)
[4]多孔材料的二氧化碳吸附与光催化转化研究进展(英文)[J]. 马亚娟,王泽美,徐晓峰,王靖宇.  催化学报. 2017(12)
[5]生物质能源的利用及研究进展[J]. 朱冬梅,张红兵.  产业与科技论坛. 2017(10)
[6]生物质能源发展现状及应用前景[J]. 娄喜艳,丁锦平.  中国农业文摘-农业工程. 2017(02)
[7]多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离[J]. 龚金华,王臣辉,卞子君,阳立,胡军,刘洪来.  物理化学学报. 2015(10)
[8]油田穿透气回收CO2技术方法比较及评估[J]. 彭一宪,陆江园,徐银祥,薛华,朱志敏,刘定华,刘晓勤.  现代化工. 2012(08)
[9]欧盟国家新兴的生物天然气产业[J]. 程序,朱万斌.  中外能源. 2011(06)
[10]纤维素/LiCl/DMAc溶液体系的研究与应用[J]. 李状,石锦志,廖兵,庞浩.  高分子通报. 2010(10)



本文编号：3202709