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.     

气体分离炭膜的结构设计、制备及功能化

气体渗透性低、机械强度差是炭膜产业化道路上的两大难题.研究发现,根源在于炭膜的蠕虫状孔道结构与均质炭膜的特有性质.为了解决炭膜渗透性低的问题,通过选择适宜的聚合物前驱体的分子结构与空间构型结合填充纳米粒子为功能基团等手段,实现对炭膜蠕虫状孔结构有效地调控与重新构建.在保证高选择性的条件下,不仅使炭膜的气体渗透性能提高了2个数量级以上,而且还使炭膜对某些气体具有较高分离选择性的功能化效果.为了改善炭膜的机械强度,将自主研发的廉价煤基炭膜支撑体与前驱体相复合,采用简单的制膜工艺,制备得到复合性能好、气体分离性能高的复合炭膜.     

炭膜制备及其高效氧氮分离性能

通过论述炭膜的制备方法及其关键影响因素，系统总结了炭膜的氧氮分离性能，并将其与高性能聚吡咙膜和聚苯胺膜进行了比较，提出了今后的发展方向。指出炭膜具有优异的氧氮分离性能，其氧氮分离因子一般为10以上，最高可达36。聚酰亚胺基和聚吡咙基炭膜均表现出较好的综合氧氮分离性，大大突破了富氧膜材料的Robeson上限，位于极具吸引力的商业化区域，在空气分离中显示出了极大的应用潜力和工业化前景。     

KOH活化法制备气体分离用炭分子筛膜

选用KOH为活化剂,利用化学活化法制备炭分子筛膜,考察在热塑性酚醛树脂(PFNR)涂膜液中添加不同质量分数的KOH对炭分子筛膜的影响.结果表明,在炭化过程中,KOH的加入可促进炭分子筛膜孔径的均匀分布,使炭分子筛膜具有发达的孔隙结构.当KOH在PFNR中的添加量从0％增加到4％时,H2的渗透速率由23.68×10-10 mol·m-2·s-1·pa-1提高到28.6×10-10 mol·m-2·s-1·Pa-1;但H2/N2和H2/CH4的分离系数明显下降,分别从471.3下降到147.5、540下降到270.CO2/CH4和O2/N2的分离系数只有轻微下降.     

炭分离膜

炭分离膜作为一种特殊的炭分子筛,是一种新型的由炭素材料构成的具有分离功能的无机膜。最初的炭膜是ＡｓｈＲ等人于1973年以石墨化炭黑为原料经压制而成的平板膜。与传统的有机膜相比较,炭膜具有耐高温,高稳定性,高选择性,高渗透性,高分离能力,机械强度好以及清洁状态好等     

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).     

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.     

气体分离炭膜

本文综述了气体分离炭膜的发展、特性、分离机理和制备过程，并展望了其应用前景。     

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。     

硅基分子筛富氧膜的研究

通过先制备大分子链结构规整的硅基聚合物先体 ,再利用热裂解法制得透气率和分离特性都较好的气体分离膜 .这种制膜技术已经基本成熟 ,制备成品率可达 80 %～ 90 % .把成品膜组装成小型膜装置后对空气进行实际分离 ,经检测发现其富氧效果显著 .例如在 0 .3MPa的压力下 ,分离率可达 4 1% ,通量达到了 18.6 2L/ (m2 ·d) .     

炭分子筛的结构和表面性质对其吸附分离CH4/N2和CO2/N2的影响

对日本Takeda(CMS-1)、Kuraray(CMS-2)和德国BF(CMS-3)3种炭分子筛(CMS)的孔结构和表面官能团进行了表征,分析了它们对CH4/N2和CO2/N2的吸附平衡和吸附动力学分离性能,以及CMS的结构与表面性质对吸附性能的影响。结果表明,CMS-1和CMS-2可实现CH4/N2的动力学分离,还可实现N2/CO2的平衡分离;CMS-3平衡分离CH4/N2和CO2/N2的效果要优于动力学分离。孔结构是影响炭分子筛分离性能的直接因素,孔径分布的差异使CMS-1和CMS-2对CH4/N2的位阻-动力学分离效应表现得更为明显;表面含氧官能团有利于提高炭分子筛的吸附分离性能。     

定向聚合制备硅分子筛复合膜

研制出一种高强度、高选择透过性的硅分子筛复合膜 .这种膜的最大特点 ,是其表面分离层是由定向聚合制得的硅树脂膜裂解制成 .由于这种硅树脂的大分子呈规则排列 ,因而导致最终裂解膜的孔径分布极窄 ,膜选择透过性能较大幅度提高 .这种膜对气体的渗透系数约为1 0 3Barrer(1Barrer =7.6× 1 0 - 8cm3·cm/cm2 ·s·MPa) ,H2 /N2 分离因子可达 90 ,其选择透过性能远优于常规的有机膜和无机膜 ,也优于常规碳分子筛膜和硅分子筛膜 .这种膜以多孔陶瓷为支撑体制成复合膜 ,因而具有较高的强度 .     

分子筛-聚合物共混气体分离膜研究进展

叙述了分子筛-聚合物共混制备气体分离膜的研究进展,包括不同类型的基体聚合物（橡胶态与玻璃态）与分子筛共混对分离膜渗透性能的影响、如何增强分子筛与聚合物膜材料相容性、共混膜选择分离皮层薄化等方面内容;并介绍了分子筛一聚合物共混膜气体渗透机理的理论研究,包括促进吸附扩散机理及分子筛分的Maxwell模型、Effective Medium Theory模型机理等．     

13X分子筛为载体制备单壁碳纳米管研究

采用流化床法,以Fe/13X分子筛作为催化剂载体,催化裂解正己烷制备出定向排列的、较纯的单壁碳纳米管.利用TEM、HRTEM、TG和Raman对产物进行了表征,对不同浸泡时间Fe/13X分子筛制成的单壁碳管的含量和分子筛的负载量进行了分析,研究了催化剂铁负载量对单壁碳纳米管的产量和直径的影响.结果表明,单壁碳纳米管产量受催化剂含量和活性的共同影响,且在一个特定催化剂负载量下碳管产量可以达到最高,而其直径变化不大,且不受催化剂负载量的影响.     

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.     

分子筛纯化系统再生方式的改造

简介了20000m3/h空分设备分子筛纯化系统蒸汽加热器泄漏的原因和危害,详细分析了电加热器与蒸汽加热器串、并联使用的改造措施以及改造效果。