PIM-CO19基热致刚性膜材料的制备和气体分离性能

以邻苯二酚和2-丁酮为原料合成四羟基化合物3,3’-二乙基-5,5’,6,6’-四羟基-3,3’,2-三甲基-1,1’-螺旋双茚满,然后与四氟对苯二腈发生聚合反应制备出自具微孔聚合物PIM-CO19。将PIM-CO19分别在300℃、350℃和400℃进行热处理,得到热致刚性膜材料。使用红外光谱仪(FTIR)、质谱(MS)、X-射线光电子能谱(XPS)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线衍射仪(XRD)以及气体渗透性能测试仪表征了PIMCO19和热致刚性膜材料的结构和性能。结果表明:在氮气氛围下PIM-CO19中的-CN间发生了热诱导的交联反应。调控热处理温度可提高PIM-CO19基热致刚性膜材料的气体渗透性能,使PIM-CO19-350对H_2、O_2、N_2、CO_2和CH_4的渗透通量分别达到了1758 Barrer、586 Barrer、180 Barrer、4075 Barrer和277 Barrer。当热处理温度提高到400℃时膜材料的气体渗透性逐渐降低,但其选择性明显提高,O_2/N_2和CO_2/CH_4的气体分离系数分别达到4.76和38.78。     

改性石墨烯材料掺杂聚酰亚胺制备混合基质膜分离CO_2/N_2

海洋石油生产平台日常产生大量CO_2温室气体,对其进行分离捕集并回注地层,可有效改善原油流动性,提高原油产收率,产生可观的经济效益及环保社会效益.聚酰亚胺(PI)是目前最具有应用价值的气体分离膜材料,因受Robeson上限的限制,很难同时满足高渗透系数和高选择性的要求.使用氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)对聚酰亚胺进行掺杂制备混合基质膜,进行了CO_2/N_2气体分离的实验研究.结果表明,制备的氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-GO)和还原氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-rGO)相比于纯聚酰亚胺膜,分离性能明显提升;对比混合气干湿态气体渗透性能,混合气湿态时PI-rGO膜的渗透系数和分离因子分别上升了13.52%和24.34%.     

溶胶-凝胶-模板法制备疏水SiO_2膜及CH_4/CO_2分离性能研究

以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)代替部分正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为有机模板剂,通过溶胶-凝胶-模板法制备疏水性的SiO_2膜。采用BET、DTG、IR、SEM及接触角测试仪等对膜材料进行表征,并进行了CH_4/CO_2分离性能及稳定性的评价。结果表明,疏水基团引入到SiO_2膜材料中,水接触角达到108.8°,膜材料具备良好的疏水性及稳定性,且模板剂的加入使膜材料孔结构更加发达,气体的渗透通量和透过选择性增大,更适合CH_4/CO_2气体分离。在压差80kPa时,CH_4渗透通量最大达到2.45×10-7 mol/(m2·s·Pa),CH_4/CO_2气体的分离因子最大达到2.67,高于Knudsen扩散理想分离因子1.66。     

含氟聚酰亚胺的气体渗透性研究

在玻璃态聚合物中引入立体侧基,能够降低主链堆叠,增加自由体积,提高聚合物的气体渗透性.提出利用立体结构的六氟三苯二胺(BABTFMM),同六氟二酐(6FDA)进行缩聚制备具有高气体渗透性的含氟聚酰亚胺,采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)和分子动力学(MD)方法预测了其气体渗透分离性能.分子模拟结果表明,二胺单体中的六氟二甲苯侧基通过空间位阻和主链构型限制,增加了含氟聚酰亚胺的主链间距,降低了堆积密度,增加了自由体积,可以提高含氟聚酰亚胺的气体渗透性.制备了6FDA-BABTFMM和6FDA-ODA两种含氟聚酰亚胺的均质膜进行气体渗透性能测试.结果表明,气体渗透性能测试结果同分子模拟结果一致,6FDA-BABTFMM较6FDA-ODA型聚酰亚胺的渗透性大幅增加,O_2、N_2、CH_4和CO_2渗透速率分别为25.1×10~(-9)、6.8×10~(-9)、5.7×10~(-9)、103.8×10~(-9 )mol/(m~2·s·Pa).     

氨基功能化聚醚砜气体分离膜对CO_2/N_2、CO_2/CH_4分离性能研究

以四甲基联苯二酚、二氯二苯砜和二氟二苯甲酮为单体通过缩聚合成聚醚砜,再经过溴化和氨化制备了氨基功能化的聚醚砜,通过核磁和红外对其结构进行了表征。探讨了操作条件对CO_2、N_2和CH_4等3种气体在膜中渗透性能的影响。结果表明:氨化后的聚醚砜对CO_2的渗透性能及CO_2/N_2、CO_2/CH_4的分离效果影响显著。     

[bmim][Tf2N]@UiO-66-NH2/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

为了改善混合基质膜中分散相与连续相间的兼容性,设计了一种新型的离子液体负载金属有机骨架(IL@UiO-66-NH_2)纳米材料作为填料,通过涂覆法制备聚酰亚胺基(6FDA-ODA)混合基质膜,并研究IL@UiO-66-NH_2含量及进料压力对气体分离性能的影响.利用SEM、XRD和FTIR对IL@UiO-66-NH_2纳米颗粒和混合基质膜进行表征.结果表明,IL@UiO-66-NH_2纳米颗粒均匀分散于聚酰亚胺基质中并且没有出现非选择性孔腔.利用混合基质膜构建CO_2/CH_4分离系统,当混合基质膜中IL@UiO-66-NH_2负载量为质量分数15%时,CO_2的渗透性为26.32 Barrer,CO_2/CH_4的分离因子为53.91,比纯聚酰亚胺膜分别提高了46.55%和26.23%.     

PI/ZIF-8杂化膜的制备及CO_2/N_2分离性能研究

以BTDA-ODA型聚酰亚胺为基质膜材料,2-甲基咪唑锌(ZIF-8)为掺杂剂,制备了聚酰亚胺基杂化膜(PI/ZIF-8)。运用FT-IR、XRD、SEM和EDS等表征方法,对ZIF-8含量不同的杂化膜的化学结构和微观结构进行了分析,并对杂化膜进行了CO_2和N_2单一气体渗透测试。结果表明,ZIF-8与PI两相完全相容且杂化膜对CO_2表现出很高的渗透选择性。当ZIF-8质量分数为7%(PI/7Z)时,CO_2的渗透系数为2.79×10~(-9) mol·m~(-2)s~(-1)Pa~(-1),相应的CO_2/N_2理想选择性系数达到最大值13.6,远大于努森扩散的分离系数0.79。     

聚双酚A二炔丙基醚的制备及其气体分离性能

采用氧化偶合的方法制备了聚双酚A二炔丙基醚(PAPE),采用~1H NMR和~(13)C NMR表征了PAPE的结构,探究了反应物浓度、氧气流量和反应时间对产物分子量的影响,采用DSC和TGA表征了PAPE的热性能。通过溶液浇铸法得到PAPE膜,研究了膜的力学性能和气体分离性能。研究结果表明,PAPE的数均分子量随双酚A二炔丙基醚(BADPE)的浓度和反应时间的增加而增加,在甲苯、THF和DMF等溶剂中具有优良的溶解性;N_2中5%热失重温度(T_(d5))为355℃;PAPE的分子量越大,其膜的拉伸性能和气体分离性能越好,PAPE的拉伸强度可达12.2MPa,断裂伸长率为96.8%;在160℃固化8min,膜的拉伸强度增长了500%左右,达76.2MPa;PAPE膜对CO_2的亲和性最好,膜的CO_2渗透系数P(CO_2)为2.1barrer,分离系数α(CO_2/N_2)为14.9。     

Fe_3O_4/PIM-1磁性混合基质膜的制备及其O_2/N_2分离性能研究

以自具微孔聚合物PIM-1为聚合物基质,采用溶剂挥发法制备了Fe_3O_4/PIM-1磁性混合基质膜,研究了不同Fe_3O_4添加量以及在分离过程中有无外加磁场对膜的O_2/N_2分离性能影响.结果表明,随着Fe_3O_4添加量的增加,膜的O_2渗透系数和O_2/N_2选择性均先增加后减少.磁化后混合基质膜O_2/N_2分离性能进一步提高,这可以归因于磁场和磁化粒子对O_2和N_2分子的耦合作用.当Fe_3O_4添加量为2%时,在压力为0.1 MPa、温度为25℃,磁场强度为56mT下,O_2渗透系数达到681Barrer,O_2/N_2选择性为3.32.     

自具微孔聚合物PIM-1基热致刚性膜材料的制备及气体分离性能

以邻苯二酚和丙酮为原料,合成出四羟基化合物5,5′,6,6′-四羟基-3,3,3′,3′-四甲基-1,1′-螺旋双茚满,再与四氟对苯二腈发生聚合反应得到自具微孔聚合物PIM-1。然后,分别在300℃、350℃和400℃对PIM-1膜材料进行热处理得到热致刚性膜材料。利用核磁共振仪(NMR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对所合成的四羟基化合物、PIM-1聚合物及热致刚性膜材料的结构和性能进行表征,并对其气体分离性能进行了测试。研究表明,所合成PIM-1的玻璃化转变温度为340℃,热分解温度为503℃。适当的热处理可提高PIM-1基热致刚性膜材料的气体分离性能,PIM-1-300对H_2、O_2、N2、CO_2和CH_4的渗透通量分别达到2 865Barrer、1 071Barrer、298Barrer、7 070Barrer和495Barrer。但随热处理温度升高,热交联程度增加,膜材料的气体渗透性逐渐降低,但选择性有所提高。PIM-1-400的CO_2/CH_4分离系数为18.51。     

Pebax气体分离膜制备及其用于沼气提纯的研究

以聚醚共聚酰胺(Pebax)为分离层膜材料,采用浸渍涂覆法制备复合气体分离膜,考察了Pebax复合膜对CH_4、CO_2和H_2S等纯气以及一系列浓度的CO_2/CH_4混合气的渗透分离性能,并采用螺旋卷式膜分离器错流模型模拟分析Pebax气体分离膜用于沼气提纯的技术可行性.实验结果表明,Pebax膜具有较高的CO_2渗透通量和CO_2/CH_4分离系数.由于CO_2的增塑作用,复合膜对CO_2/CH_4混合气的分离系数小于其理想分离系数;不同浓度混合气中CO_2与CH_4的渗透通量随原料气中CO_2分压的增大而增大,而与原料气中CO_2的浓度无关.Pebax单级膜分离的沼气提纯效果受切割比、压力比等操作条件以及原料气组成等因素的影响,通过设计两级Pebax膜分离工艺可将CH_4富集到95%以上,同时回收90%的CH_4,改进膜工艺参数可获得更高的提纯效果,证明Pebax复合气体分离膜用于沼气提纯CH_4是可行的.     

基于压差原理研究包装材料中气体的渗透行为

目的通过研究不同气体在包装材料中渗透行为的差异及影响因素,以探讨包装材料的适用性,为改善薄膜的分离效果提供参考。方法采用压差法分别测试O_2,N_2,CO_2在BOPP,PET,PE薄膜样品中的气体渗透性,并利用时间滞后法计算出气体的扩散系数,通过对气体透过系数和扩散系数的计算获得溶解度系数。结果 3种薄膜的气体透过系数、溶解度系数的大小顺序均为CO_2O_2N_2,扩散系数在BOPP,PE膜中的关系为O_2CO_2N_2,在PET膜中的关系为O_2N_2CO_2;得到了BOPP,PET,PE薄膜中气体透过系数的比值,CO_2/O_2分别为2.7,3.8,3.7,CO_2/N_2分别为14.4,25.0,14.3。结论气体分子直径及其与薄膜分子的相互作用是影响气体扩散系数的主要因素,气体临界温度及分子间的相互作用是影响溶解度系数的主要因素;在扩散系数和溶解度系数的共同作用下,气体在3种薄膜中的渗透由快到慢依次为CO_2,O_2,N_2。另外,PET,PE对CO_2,O_2的分离能力较好,PET对CO_2,N_2的分离能力最好。     

孔道修饰MOF-808混合基质膜制备及其CO_2分离性能

利用MOF-808结构中含有易于被取代的甲酸这一特性,选用一种结构中含有丰富含氮基团的羧酸分子,L-组氨酸,对微波法合成的MOF-808纳米颗粒进行了后合成改性修饰,在其孔道中引入了对CO_2具有较高亲和力的含氮官能团.进一步采用孔道修饰后的MOF-808(MOF-808-His)与聚酰亚胺(6FDA-DAM)复合制备了一种新型混合基质膜,结合气体分离性能测试与膜的微观结构表征系统地分析了孔道修饰对MOF-808/6FDA-DAM混合基质膜CO_2分离性能的影响.结果表明,MOF-808孔道内含氮官能团的引入能够明显改善其对CO_2的选择性吸附能力,进而提高混合基质膜的CO_2/CH_4分离性能.当MOF-808-His质量分数为10%时,混合基质膜的CO_2渗透通量为764 Barrer, CO_2/CH_4分离因子为32.4,比纯6FDA-DAM膜分别提高了104%和35%,超过了CO_2/CH_4分离的Robeson上限.     

基于ZIF-8固定载体复合膜的制备及CO_2分离性能研究

制备高效分离CO_2/N_2的气体分离膜一直是气体膜分离领域中的研究热点.采用简便的滴涂制膜方法,以聚砜(PSf)超滤膜为底膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为过渡层,在制备PVAm-PEA分离功能层过程中直接引入ZIF-8纳米颗粒,制备了高选择性分离CO_2/N_2的新型固定载体复合膜.通过表征和性能测试,考察分析ZIF-8及其含量对复合膜形貌与气体渗透性能的影响.结果表明,ZIF-8颗粒的加入使复合膜表面形貌较空白膜粗糙,CO_2渗透速率降低了43%,CO_2/N_2分离因子增加了220%.在0.1 MPa条件下,ZIF-8质量分数为0.05%时,CO_2渗透速率为59 GPU,CO_2/N_2分离因子为202.     

NaY沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能的研究

以聚酰亚胺为前驱体,NaY型沸石为掺杂剂,经成膜和炭化制备了杂化炭膜.采用扫描电镜、X射线衍射、热重分析、红外光谱分析对膜样品的结构与性质进行了表征.考察了掺杂剂量、渗透温度与渗透压力对炭膜的结构及气体分离性能的影响.结果表明,与纯炭膜相比,杂化炭膜在保持高O_2/N_2选择性的前提下,渗透性显著提高;随着膜内沸石含量的提高,杂化炭膜的渗透性明显提高.由沸石质量分数为0.5%前驱体经650℃炭化所制备的杂化炭膜,对O_2的渗透性达79.5 Barrer, O_2/N_2选择性达7.5.     

P5100系列氦离子色谱仪测定高纯气体中微量永久性气体杂质的应用

介绍了P5100系列氦离子色谱仪测定高纯气体中微量永久性气体杂质的应用。P5100系列氦离子色谱仪采用三阀三柱设计,通过阀切换和选择性切割技术可一次进样同时分析H_2、O_2/Ar、N_2、CH4、CO、CO_2等永久性气体。同时可实现对上述种类气体的高纯气体中微量永久性杂质的有效分析。CO_2、H_2、O_2/Ar、N_2、CH_4、CO的最低检出限(×10~(-6))分别为0. 0291、0. 0183、0. 0192、0. 0187、0. 0195、0. 0273,满足高纯气体中微量杂质的分析要求。     

共聚聚酰亚胺热重排改性薄膜的制备及气体分离性能

采用二胺2,2-二(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(APAF)经硅烷化后与4,4-二氨基二苯醚分别以7∶3,5∶5,3∶7摩尔比和二酐4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐进行共聚，通过化学亚胺化后得到溶解性好、相对分子质量高、成膜性好的3组共聚聚酰亚胺膜，经过350℃～400℃热处理后，得到不同的热重排改性膜，采用FTIR光谱等手段进行表征.结果表明，所合成的硅烷化聚酰亚胺随着共聚的APAF含量的增加对CO₂/CH₄的选择性得到提升；而随着热处理温度的升高，其CO₂的渗透系数增加，CO₂/CH₄的气体选择性提高.噁唑环的转化使得聚合物分子链刚性增强，从而达到改善膜的气体分离性能.400℃热处理下得到的热重排(7∶3)膜相较于前驱体膜，CO₂的渗透系数从32.82 Barrer提升到275.62 Barrer,提高了8.4倍，热重排后的膜对CO₂/CH₄的气体分离性能超过2008年Robeson上限.     

MnO_2-Fe_2O_3复合粒子的制备及其PU共混膜的氧氮分离性能

采用共沉淀的方法制备了MnO_2-Fe_2O_3复合纳米粒子,并将复合粒子加入PU中制成PU共混膜。探讨了MnO_2所占复合粒子MnO_2-Fe_2O_3比例,以及复合粒子MnO_2-Fe_2O_3的含量,对PU共混膜的气体渗透性能的影响。结果表明:通过共沉淀法制备的MnO_2-Fe_2O_3粒子粒径小且均匀,复合粒子50%-MnO_2-Fe_2O_3制备的共混膜对气体分离性能最佳,当复合粒子50%-MnO_2-Fe_2O_3添加量为10%(wt,质量分数,下同)时,PU共混膜的渗透系数为18.93Barrer,O_2/N_2理论分离因子为7.48。     

铋系复合光催化剂的制备及其对双酚A光催化降解研究

将氧化铋(Bi_2O_3)与三聚氰胺或盐酸胍混合煅烧,通过原位晶相合成法制备了界面紧密接触的碳三氮四复合碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3)和碳三氮四复合氯氧化铋(g-C_3N_4/BiOCl)复合光催化剂。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪等分析手段对复合光催化剂的结构和性能进行了分析表征。结果表明:Bi_2O_2CO_3和BiOCl纳米片均是从g-C_3N_4体相中生长出来,从而导致铋系氧化物和g-C_3N_4界面间的紧密接触。紫外-可见漫反射光谱分析结果表明,g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3和g-C_3N_4/BiOCl复合光催化剂的可见光吸收能力均优于g-C_3N_4和Bi_2O_3。在可见光照射下,复合光催化剂对双酚A表现出优越的降解性能。此外,探讨了复合光催化剂的光催化机理。由于g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3或BiOCl界面间的紧密接触导致了光生载流子的有效分离,从而提高了复合光催化剂的光催化活性。     

聚乳酸/SiO_X薄膜的制备及对气体的透过性和选择性

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在聚乳酸(PLLA)薄膜表面沉积SiO_X层,以改善PLLA薄膜对气体的透过性和选择性。通过红外光谱仪和压差法透气仪分别对沉积效果和薄膜透气性进行测试。结果表明,PLLA/SiO_X复合膜相比纯PLLA膜,其对气体的透过性有所下降,而选择性有所提高。在25℃时,40μm的PLLA/SiO_X膜对O_2、CO_2、N_2和水蒸气的透过性分别降低了58.9%,48.6%,67.8%和52.3%,透气比α(CO_2/O_2)、α(O_2/N_2)和α(CO_2/N_2)则分别平均提高了20.0%,21.8%和37.5%;25℃时,60μm的PLLA/SiO_X膜对O_2、CO_2、N_2和水蒸气的透过性分别降低了23.8%,14.5%,46.7%和49.5%,透气比α(CO_2/O_2)、α(O_2/N_2)和α(CO_2/N_2)则分别提高了10.7%,30.7%和38.2%。