预氧化对聚丙烯腈膜结构及性能的影响研究

以聚丙烯腈(PAN)为前驱体,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,水为凝胶介质,采用干-湿相转化法制备不对称PAN基聚合物膜,通过FT-IR、XRD、SEM等手段进行结构表征及恒压力变体积法测试气体渗透性能,主要探讨了PAN膜在空气预氧化处理过程中的化学和微结构变化规律及预氧化工艺条件(预氧化温度、恒温时间及空气流率)对PAN膜的结构和气体渗透分离性能的影响.研究表明,在空气预氧化过程中,PAN膜的化学结构经氧化交联由线性结构转变为体型结构,PAN由热塑性变为热固性材料.预氧化工艺对PAN膜性能有很大的影响.提高预氧化温度、延长恒温时间以及增大空气流率均有利于膜性能的提高,但当预氧化条件超过一定程度后,膜性能反而降低.SEM分析表明,预氧化处理后的膜仍具有聚合物膜的基本孔形貌.     

聚丙烯腈基不对称膜相转化过程中孔结构形成研究

采用L-S相转化法制备聚丙烯腈不对称膜,使用光学显微镜测试非溶剂在铸膜液中的扩散速率,结合光穿透实验、扫描电子显微镜及气体渗透性能测试结果,研究相转化过程中溶剂种类、铸膜液浓度及蒸发时间对成膜过程中孔结构形成过程的影响.结果表明:成膜工艺对相转化过程中的孔结构的形成有明显影响.不同溶剂制备的铸膜液其黏度及溶剂与非溶剂溶解度参数差不同,影响非溶剂在铸膜液中扩散系数.增加铸膜液浓度,其黏度增加;延长蒸发时间,膜的致密层厚度增加,二者都使非溶剂在铸膜液中的扩散系数下降,从而影响相转化过程中孔结构的形成.     

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。     

管状复合炭膜的制备及其气体渗透性能

以中空纤维陶瓷膜为载体，聚芳醚酮为聚合物前驱体，采用浸涂-相转化结合的方法制备复合炭膜，探讨了制膜工艺对复合炭膜结构及性能的影响.结果发现，铸膜液浓度和提拉速率对膜的完整性影响较大，在15%质量分数铸膜液和2 cm/min提拉速率的条件下，可制备出表面膜层完整均一且兼具较高气体渗透通量的复合炭膜；通过控制制备前驱体膜过程中蒸发温度和蒸发时间，复合炭膜分离层缺陷大幅减少，气体分离选择性得到了显著提升.以15%铸膜液和2 cm/min提拉速率，在60℃蒸发温度及10 s蒸发时间的制膜工艺条件下制备出的复合炭膜，其O₂/N₂、CO₂/N₂和CO₂/CH₄选择性分别为5.62、26.27、25.10,O₂、CO₂渗透通量分别可达252、1 177 GPU.     

不同干燥方式对聚醚砜酮基炭膜的影响

以PPESK为前驱体,CHCl3为溶剂,分别采用冷冻干燥法和冷藏干燥法制备气体分离炭膜,借助于红外光谱、热重分析、X射线衍射和气体渗透等测试手段,研究探讨了干燥方式对聚醚砜酮(PPESK)基炭膜的化学结构、炭微结构及气体分离性能的影响.结果表明,干燥方式对炭膜结构性能的影响主要体现在促使前驱体在干燥过程中形成具有不同化学结构的聚合物膜,使它们在以后的预氧化和低温热解炭化过程中表现出不同的演变规律:与冷藏干燥相比,冷冻干燥得到的聚合物膜在预氧化和炭化过程中分解反应程度较弱,但芳香缩合反应却很深刻,使形成的炭膜微结构尺寸较小,气体分离性能较高,并具有良好的表观柔韧性.所以,采用CHCl3为溶剂制备PPESK炭膜,冷冻干燥将是首选干燥方式.     

CO2／CH4醋酸纤维素分离膜的制备

以湿相转化法制备ＣＯ２／Ｃ４醋酸纤维互分离膜，无需热处理工序，研究了各种制膜条件，如蒸发时间、聚合物芨添加剂含量等，对膜气体分离性能的影响；用电镜观察了膜的形态结构，结果表明，适当提高聚合物浓度和延长蒸发时间可使膜表皮层变致密，获得高的ＣＯ２／ＣＨ４分离选择性和气体透过速率。     

热力学及动力学因素对L-S相转化法制备非对称膜结构与性能的影响

采用L-S相转化法制备非对称型分离膜的结构与性能取决于其制膜过程的热力学及动力学因素,讨论了聚合物分子量及浓度、溶剂及溶剂化作用、添加剂、铸膜液温度等热力学因素对铸膜液结构的影响,以及溶荆蒸发速度、凝胶速度等动力学因素对于脱溶剂速度的影响,综述了相关的热力学及动力学影响因素的表征方法.     

聚酰亚胺低温热解炭膜的制备及气体分离性能

以商业化的Kapton型聚酰胺酸为前驱体制备了低温热解炭膜,采用热重质谱(TG-MS)、红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)、X射线衍射(XRD)和气体渗透等手段对不同温度、不同气体氛围下制备出的膜的化学结构、微结构和气体分离性能变化规律进行了研究.结果表明,低温热解温度和气体氛围对炭膜的化学结构、微结构存在着显著的影响,进而影响到炭膜的气体分离性能,表现为450℃之前气体渗透系数变化很小,450℃以后气体渗透系数逐渐增大,分离系数逐渐下降,同时空气促进了热分解和热交联反应的进行,炭膜具有较大的气体渗透系数和较小的气体分离系数.     

预氧化处理对聚醚酰亚胺基炭膜结构与气体分离性能的影响

以新型聚醚酰业胺预聚体一聚酰胺酸为前驱体,在空气中进行预氧化处理后经700℃炭化制备出炭膜.采用红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)、X射线衍射(xRD)和气体渗透等测试手段对400℃、460℃和480℃温度下所制预氧化膜的化学结构、炭膜的微结构和气体分离性能进行了表征.结果表明:预氧化阶段,聚合物链发生了热分解和氧化交联反应,温度越高,热分解和氧化程度越高.炭化后,预氧化膜的交联结构演变成无定彤碳结构.预氧化膜的结构差异导致了炭膜的孔结构的不同,从而对炭膜的气体分离性能产生重要影响,其中经460℃预氧化处理后所制炭膜的O2渗透系数可达8.2×10-13(m3(STP)·cm)/(m2·s·Pa),O2/N2选择性达14.1.     

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)].     

CA／CAT共混不对称纳滤膜制备过程中的影响因素探讨

用相转化法制备ＣＡ／ＣＴＡ不对称纳滤一醋酸纤维素（ＣＡ）和三醋酸纤维素（ＣＴＡ）的相对比例，混合溶剂以及其中高挥发性组分的比例，加剂在铸膜液中的含量，铸膜液２以及制膜条件（蒸发时间、凝胶浴组成和温度、热处理时间）对所制膜的性能都有很大的影响，这些因素主要是通过改变皮怪中高聚物聚集体孔和网络的大小和数目来影响所制膜的性能，高聚物聚集体孔上和数目对所制膜的通量截留率起主要作用。     

P25杂化炭膜的制备及其气体分离性能

通过在炭膜前驱体中添加纳米二氧化钛-P25粒子制备了P25杂化炭膜,并采用TG、SEM、TEM、XRD、气体渗透性能测试等表征方法探讨添加P25纳米粒子对杂化炭膜的热解过程、微观结构及气体渗透性能的影响。结果表明,P25纳米粒子的加入提高了聚合物膜的热稳定性;P25粒子因团聚形成一定的堆积间隙并与炭基体形成了界面孔隙。气体渗透性能测试表明,P25的引入显著地提高了气体渗透通量,并随添加量增加提高而更加明显,气体选择性略有降低,分离机理仍以分子筛分为主;炭化终温的提高可以显著增加气体选择性,但气体渗透性有所降低。当P25添加量为20wt%,炭化终温为700℃时,所制备的杂化炭膜其H2、CO2、O2、N2、CH4气体渗透性分别为1769.2、1558.6、410.2、55.5和26.8 Barrer。     

有序介孔复合炭膜的制备及其性能研究

采用软模板法合成有序介孔炭(OMC),利用XRD、TEM及SEM等分析方法对其进行结构性能分析,探讨了催化剂和模板剂的种类及用量、反应温度等合成工艺条件对形成OMC结构性能的影响。以最佳工艺条件制备的OMC前驱体为涂膜液涂敷在管状微滤炭膜表面,经炭化制得有序介孔复合炭膜,而后考察了复合炭膜的气体渗透性能。结果表明:以盐酸为催化剂、模板剂F127/间苯二酚摩尔比为0.0081、反应温度为30℃时,可合成有序程度最佳的OMC前驱体。用该OMC前驱体涂敷微滤炭膜制备的有序介孔复合炭膜,改善了微滤炭膜的孔结构,最大孔径由0.530μm减小至0.299μm,同时提高了炭膜的气体渗透通量。其中,由混煤微滤炭膜所制有序介孔复合炭膜,N2气渗透通量达1.18·10-8m3·m-2·s-1·Pa-1,是未经修饰烟煤微滤炭膜的4倍。     

高性能聚醚酰亚胺中空纤维气体分离膜的制备与分离性能

以新型聚醚酰亚胺为制膜材料,采用PEI/NMP/GBL/THF/EtOH铸膜液,以干-湿法纺丝工艺制备高通量与高分离性能中空纤维气体分离膜.铸膜液中加入γ-丁内酯(GBL)调节膜支撑层结构,通过改变空气间隙高度调控中空纤维膜分离层结构与分离性能.随着空气间隙高度的增加,中空纤维气体分离膜的致密皮层厚度增加,缺陷孔径降低,导致膜的渗透性降低,选择性升高.用硅橡胶涂层后,得到性能稳定的高分离性能中空纤维气体分离膜.通过改进的Henis阻力复合膜模型和气体通过非对称膜的传递机理对膜的致密层结构参数进行了分析.结果表明,空气间隙高度和干燥前的溶剂交换过程对中空纤维膜的分离性能和结构参数具有显著影响.     

CA/CTA共混不对称纳滤膜制备过程中的影响因素探讨

用相转化法制备ＣＡ／ＣＴＡ不对称纳滤膜．二醋酸纤维素（ＣＡ）和三醋酸纤维素（ＣＴＡ）的相对比例,混合溶剂以及其中高挥发性组分的比例,添加剂在铸膜液中的含量,铸膜液浓度以及制膜条件（蒸发时间,凝胶浴组成和温度,热处理时间）对所制膜的性能都有很大的影响．这些因素主要是通过改变皮层中高聚物聚集体孔和网络孔的大小和数目来影响所制膜的性能．高聚物聚集体孔的大小和数目对所制膜的通量和截留率起主要作用．     

FT—IR监测溶剂蒸发对CAB透气膜的性能影响

报道了用干／湿相转换方法制得的不对称CAB膜的形态，氧氮透气性与铸膜液中混合溶剂蒸发时间的关系，以红外光谱监测混合溶剂的蒸发过程各个时间段的主要蒸发成分及剩余成分，说明膜的形态及其气体渗透性随铸膜液浸入到凝聚介质－水时不同的溶剂组成而变化。     

椰壳制备液体分离用炭膜的研究

以海南椰壳为原料，经一次炭化、成型、再炭化，制得炭膜。研究了原料椰壳的热解特征，考察了炭膜制备工艺条件对炭膜分离性能的影响，并对炭膜用于细菌分离的过程进行了初步的探索。结果表明：椰壳热解在４５０℃左右已趋于完全，进一步提高温度有助于炭化物孔结构的改善。炭膜的分离性能与成型压力、粘结剂含量等工艺条件有关。所制炭膜的最大孔径范围为：０．５μｍ～１．０μｍ，分离过程属微滤。通过对水中细菌（０．５×１．５μｍ～１．８μｍ）分离实验结果表明：炭膜可有效截留细菌，且炭膜本身容易再生利用     

蒸发对新型聚芳醚腈酮超滤膜性能的影响

以聚芳醚腈酮(PPENK)为膜材料,以氮甲基吡咯烷酮为溶剂及添加剂制成稳定的铸膜液,使用水为凝胶浴,相转化法制备PPENK超滤膜．研究了铸膜液在空气中的蒸发温度及时间对超滤膜孔隙率、孔结构、纯水通量及截留率等膜性能的影响．结果表明,在实验室所选择的蒸发时间和蒸发温度范围内这两种因素对超滤膜性能影响不大,通过控制合适的蒸发时间和蒸发温度,可以制得具有高通量和高截留率而且表面无缺陷结构高质量超滤膜．     

退火预处理对中空纤维炭膜结构和性能的影响

炭膜具有优异的热稳定性、化学稳定性和气体分离性能.以聚酰亚胺中空纤维膜为前驱体，经过T_g附近退火预处理(250、300和350℃),进而高温炭化制备高性能中空纤维炭膜，研究了预处理条件对炭膜结构和气体分离性能的影响.结果表明，当退火预处理温度升高时，中空纤维炭膜的结构更加致密，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性提高，气体通量下降.尤其是当退火预处理温度为350℃时，与未经预处理的中空纤维炭膜相比，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性分别提高了98%和195%.同时，研究了渗透温度和压力对气体分离性能的影响，采用HIM(氦离子电镜)、FTIR和XRD对中空纤维炭膜的结构进行了表征.     

甘油添加剂对浸没沉淀法制备PVDF微孔膜结构与性能的影响

不同甘油质量分数的添加剂对浸没沉淀相转化法制备聚偏氟乙烯（PVDF）微孔膜的结构及性能具有显著影响。实验结果表明,铸膜液中甘油质量分数越高,在相同的制膜条件下,铸膜液越容易发生凝胶分相,所成膜表面越发致密,孔密度降低,断面指状大孔的长度和胞腔状结构的相互贯通性增加。另外膜的空隙率均随着铸膜液中甘油质量分数的增加而增加,...