炭膜的功能化及其在气体分离上的应用

炭分子筛膜是一种新型无机分离膜,具有耐高温、耐酸碱、高气体选择性的特点,但其通量较低,如何进一步提高炭膜的气体通量,实现炭膜对气体的针对性分离已经成为当前研究的热点.综述了近年来功能炭分子筛膜的研究进展,提出了炭分子筛膜功能化主要存在的问题,着重讨论了采用化学功能化和物理填充无机粒子等方法对炭分子筛膜进行功能化的研究状况.展望了今后炭分子筛膜功能化技术的发展方向.     

载镍炭分子筛膜的制备及其气体透过性能

采用热固型共聚磺化酚醛树脂在多孔Al2O3管外侧经涂覆、固化、离子交换和热解的方法制备了一种载镍炭分子筛膜.用扫描电子显微镜观察了载镍炭分子筛膜和无镍炭分子筛膜的表面形态,结果表明无镍炭分子筛膜的表面十分光滑,而载镍炭分子筛膜表面呈明显的颗粒堆积状.XRD分析表明载镍炭分子筛膜中镍以硫化物存在.500℃热解所得载镍炭分子筛膜35℃,1.013 2×105Pa时O2通量为32 GPU[1GPU=1×10-6cm3(STP)/s.cm2.cmHg],O2/N2分离系数为6.7.700℃热解所得载镍炭分子筛膜室温空气储存45天后,35℃时对H2,CO2,O2,N2,CH4等气体的透过通量波动小于8%,而透过选择性几乎不变.     

炭分子筛的制备和应用

本文综述了国内外炭分子筛的发展现状,介绍了炭分子筛的主要制备方法、特点和孔隙调整方法,概述了炭分子筛在吸附、气体分离与除杂、催化领域的应用状况,探讨了炭分子筛制备和应用的研究重点.     

优先渗透CO_2的TS-1/C杂化功能炭膜的制备研究

以PMDA-ODA型聚酰胺酸为原料,通过掺杂钛硅分子筛(TS-1)制备气体分离用杂化功能炭膜.系统考察了钛硅分子筛(TS-1)掺杂量、炭化温度等因素对功能炭膜气体渗透性和分离性能的影响,利用FT-IR、XRD、TG和TEM等分析手段对TS-1/C杂化原膜及其在不同温度下炭化的炭膜结构和性能进行表征.结果表明:掺杂钛硅分子筛(TS-1)可大幅提高炭膜对CO2的渗透性能;当掺杂质量分数为20%,炭化温度为600℃时,CO2、H2、O2、N2、CH4的渗透系数分别可达9 087Barrer、8 111Barrer、2 017Barrer、426Barrer和357Barrer;当炭化温度为700℃以上时,功能炭膜对各气体的渗透性急剧降低,气体分离性大幅提高.     

高氢选择性分子筛炭膜的制备

以聚酰胺酸为涂膜液,以自制的最可几孔径0.39 μm的粉煤灰膜为支撑体,采用浸渍一提拉法涂膜,经过亚胺化-炭化,制备了支撑分子筛炭膜.通过时间一延迟(time-lag)法表征了膜的气体渗透性能.和聚酰亚胺膜相比分子筛炭膜同时具有高的渗透性和选择性,所得到的分子筛炭膜具有高氢选择性,H2/CH4分离因子达到951,H2/N2分离因子为380,氢气渗透速率达到1.64×10-8 mol/(m2·s·Pa).     

聚醚酰亚胺基炭分子筛膜的形成及其气体分离性能研究

以商用聚醚酰亚胺(PEI)作为前驱体,采用经过ZrO2-Al2O3复合溶胶修饰的陶瓷氧化铝为支撑体,浸渍涂膜制备聚合物膜,在空气中预氧化处理后,经500～800℃不同的炭化温度下制备出气体分离炭分子筛膜。为了考察炭化温度对炭膜结构和气体分离性能的影响,采用热重分析(TG)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和气体渗透等测试手段,对热解过程聚合物膜热稳定性、炭微晶结构及石墨化进程、微观形貌和气体分离性能进行了系统研究。结果表明,不同的炭化温度对所形成炭膜表现出不同物理和化学结构、炭结构和孔结构,最终影响炭分子筛膜的气体渗透性和分离选择性。     

BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能

以BPDA-ODA型聚酰亚胺为前躯体,沸石为掺杂剂,通过成膜和炭化等过程制备了杂化炭膜.分别采用热失重、X射线衍射、扫描电子显微镜及渗透技术研究了前躯体热稳定性,炭膜微观结构、形貌及气体分离性能.考察了ZSM-5与5A两种沸石含量、炭化温度、渗透温度及渗透压力等因素对炭膜气体分离性能的影响.结果表明:H₂、CO₂、O₂和N₂ 4种气体主要以分子筛分机理渗透通过炭膜,实现选择性分离.在650℃炭化温度下得到杂化炭膜随沸石含量提高,气体渗透性与选择性均略降低;5A杂化炭膜的渗透性与选择性都显著高于ZSM—5杂化炭膜;随渗透压力提高,杂化炭膜的气体渗透性与选择性升高.当炭化温度从650℃升高到750℃时,杂化炭膜的渗透性降低.     

通过高温裂解酚醛树脂制备气体分离用炭膜——裂解温度及臭氧后处理的作用分析(英文)

炭膜可以通过各种前驱体,如酚醛树脂的高温裂解方法制备。该过程中,裂解条件对炭膜的性质有较大影响。研究不同裂解温度及臭氧后处理对炭膜的孔隙率及气体吸附行为的影响。结果表明,当裂解温度升高(由500℃提高到800℃),炭膜的平均孔径减小,孔体积与气体吸附能力先增大后减小。在800℃下,炭膜表现出分子筛的分离性能。臭氧后处理过程使炭膜孔径增大,气体吸附效率及动态吸附选择性降低,弱化了炭膜的分离性能。     

Fe_3O_4掺杂制备气体分离功能炭膜

采用共混法在聚酰亚胺前驱体中引入Fe3O4纳米粒子,经高温热解炭化制备了杂化功能炭膜.采用XRD、TEM和VSM等分析方法对所制备的功能炭膜进行表征,并探讨了Fe3O4纳米粒子的掺杂量及炭化终温对功能炭膜气体分离性能的影响.结果表明,Fe3O4纳米粒子在热解炭化过程中发生了物相形态的改变,并对前驱体起到了催化石墨化的作用,使功能炭膜具有类石墨片层和乱层炭的两种炭结构形态,同时具有磁性.气体渗透实验表明,掺杂Fe3O4纳米粒子使所制备的功能炭膜具有"分子筛分"的分离特征,提高了炭膜的气体渗透性能,特别是对小分子气体H2的渗透性提高了61倍,H2/CO2的分离选择性也明显得到改善.Fe3O4的掺杂量和炭化终温对炭膜的气体分离性能有显著影响.Fe3O4添加量为20wt%的功能炭膜对H2、CO2、O2、N2和CH4等纯气体的渗透系数分别为15476、4385、1565、193和114Barrers[1Barrer=1×10-10cm3(STP).cm/(cm2.s.cmHg)].     

BDAF-PMDA型聚酰亚胺炭膜的制备及其气体分离性能的研究

以2,2-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]六氟丙烷(BDAF)为二胺单体,均苯四酸二酐(PMDA)为二酐单体,采用两步法制备了BDAF-PMDA型聚酰亚胺,进一步高温热解制备炭膜.采用红外、热重、X射线衍射分析其结构变化,并测试炭膜对纯组分及混合气体的渗透性能和分离选择性.结果表明,BDAF-PMDA型炭膜具有较高的气体渗透性,在CO2/H2体系中可优先渗透CO2.提高炭化温度,炭膜孔径减小,气体的渗透性能降低,选择性提高,并使得BDAF-PMDA型炭膜的分离机理由表面扩散为主逐渐变为表面扩散和分子筛分共同控制.     

空分设备分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量超标分析与处理

分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量超标是影响空分设备稳定运行的主要因素之一。文章从分子筛纯化系统加工气体质量,设计制造,安装操作以及分子筛本身性能4方面,综合分析了导致二氧化碳含量超标的根本原因和处理措施。     

聚酰亚胺基气体分离炭膜的进展

通过对近十多年来在聚酰亚胺基气体分离炭膜方面所取得成果的评述,探讨了聚酰亚胺的化学结构、成膜方法、热解工艺条件,以及修饰改性等因素对炭膜气体分离性能的影响.分析了聚酰亚胺基炭膜目前所存在的问题,并对其发展前景进行了展望.     

分子筛吸附性能下降的原因和对策

KDON-45000/30000型空分设备,因为分子筛吸附性能下降,分子筛吸附器出口空气中二氧化碳含量超标,威胁着空分设备的安全运行。从工艺设计、分子筛性能、设备和阀门故障等方面分析了原因,介绍采取的措施和对策。     

立式分子筛吸附器二氧化碳穿透的分析及处理

60000 m3/h空分设备由于分子筛纯化系统蒸汽加热器泄漏,分子筛吸附器出口空气中二氧化碳含量超标,进而使主换热器通道因冻结阻力增大,空分系统被迫停车加温和分子筛特殊再生。介绍故障经过,分析二氧化碳穿透的原因,简述了处理措施和今后的经验教训。     

首钢35000m~3/h空分设备分子筛纯化系统故障分析及处理

简介了首钢35000m3/h空分设备分子筛纯化系统,针对空分设备运行中分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量不符合要求的问题,通过对分子筛纯化系统的局部改造及合理操作,实现了分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量的正常和稳定,对整套空分设备的长期稳定运行起到了重要作用。     

基于容量法的高压静态吸附仪的研制与应用

通过自行研制开发的高压静态吸附仪测定了沸石分子筛对N2和O2静态吸附量,实现了吸附剂对气体吸附量在高压条件下的测量,对变压吸附气体分离行业具有重要的实用价值。该仪器能够与上位计算机进行通讯,实现测量数据的显示与存储。     

1000m~3/h空分设备分子筛纯化系统回热器内漏分析与处理

1000 m3/h空分设备分子筛纯化系统的回热器发生内漏,导致分子筛再生气带水,进而使分子筛再生失败,空分设备被迫停车。文章简介了1000 m3/h空分设备分子筛纯化系统的工艺流程,叙述故障现象,分析并确定引起故障的原因,最后介绍了处理措施。     

变压吸附分离CH_4/N_2的分子筛吸附剂进展

综述了国内外变压吸附(PSA)分离CH4/N2所采用的分子筛吸附剂,包括沸石分子筛(ZMS)与碳分子筛(CMS)的研究和应用状况;介绍了ZMS和CMS的种类及其PSA分离CH4/N2的原理和效果;详细阐述了不同种类ZMS的组成、孔结构与其PSA分离CH4/N2效果之间的关系;分析了各种不同分子筛PSA分离CH4/N2中的优势与不足。具有动力学分离效应的分子筛型吸附剂在分离CH4/N2的PSA过程中具有能耗费用低、分离效果较好的优势,因此加强其研发将是今后的发展趋势。