孔道修饰MOF-808混合基质膜制备及其CO2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.     

Pebax/TPP共混膜的制备及CO2分离性能研究

为了获得具有高CO_2分离性能的膜材料,采用三丙酸甘油酯(TPP)为添加剂制备Pebax1657/TPP混合膜,并考察了TPP含量对Pebax/TPP共混膜的结构及气体分离性能的影响.SEM、XRD、ATR-FTIR和TGA分析表明,Pebax与TPP具有良好的相容性及热稳定性;TPP的加入同时提高了共混膜对CO_2和N_2的溶解系数和扩散系数.Pebax/TPP共混膜中CO_2和N_2的气体渗透性能随着TPP含量的增加而增加,而CO_2/N_2的选择性则随着TPP含量的增加而下降.     

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.     

聚乙烯基胺/聚乙烯醇/碳纳米管杂化膜的制备及气体分离性能

以聚砜(PS)超滤膜为支撑层,首先制备聚乙烯基胺(PVAm)/聚乙烯醇(PVA)复合膜,考察PVAm与PVA的组成及铸膜液固含量对膜渗透选择性能的影响.当PVAm/PVA为7/3,固含质量分数为8%时,复合膜的性能最好,0.2 MPa下,CO_2渗透速率为35.5GPU[1GPU=10~(-6) cm~3(STP)/(cm~2·s·cmHg)],CO_2/N_2的分离系数为123.6.其次,在上述最佳条件中添加不同类型的多壁碳纳米管(MWCNT、MWCNT-OH和MWCNT-COOH),考察碳纳米管含量及表面基团对气体分离性能的影响,并利用红外分析、X-射线衍射及扫描电镜考察所制备杂化膜的化学结构、结晶性能.结果表明,添加表面—OH和—COOH改性的MWCNT可以有效提高膜的透过分离性能.当MWCNT-OH和MWCNT-COOH质量分数均为1%时,CO_2渗透速率分别为62.0和76.6GPU,CO_2/N_2的分离系数分别为117.7和139.5.最后,考察进料气压力对杂化膜CO_2渗透速率及CO_2/N_2的分离系数的影响,在0.2~1.8 MPa的压力范围内,添加表面改性的碳纳米管均能使复合膜的CO_2渗透速率提高.     

基于ZIF-8固定载体复合膜的制备及CO2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.     

γ射线对聚酰亚胺膜结构及气体分离性能的影响

采用~(60)Co-γ射线对聚酰亚胺膜进行辐照,通过傅里叶变换红外光谱、热失重分析、压差法气体渗透性能测试等方法对聚酰亚胺气体分离膜结构、热性能和气体分离性能进行表征,考察γ射线辐照对于聚酰亚胺气体分离膜性能的影响。结果表明:γ射线辐照导致聚酰亚胺膜分子结构发生了一些改变,辐射过程中发生开环反应,辐射效应以分子链断裂为主。CO_2气体通过聚酰亚胺膜的渗透系数P(CO_2)远远高于O_2、N_2以及CH_4气体的渗透系数P(O_2)、P(N_2)和P(CH_4);吸收剂量达到50kGy时,单一气体(O_2、N_2、CO_2、CH_4)通过聚酰亚胺膜的渗透系数均达到最大值;随着吸收剂量的增加,聚酰亚胺分离膜对CO_2/CH_4体系的分离效果越来越好。     

[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%.     

改性石墨烯材料掺杂聚酰亚胺制备混合基质膜分离CO2/N2

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%.     

改性ZIF90-Pebax混合基质膜的制备及CO2分离性能

以骨架结构极稳定的ZIF-90作为掺杂材料,通过后合成修饰(PSM)技术使用不同链长结构的胺烷对ZIF-90进行表面修饰,并探究不同链长结构的改性剂及其用量对ZIF-90与其Pebax基混合基质膜气体分离性能的影响.实验发现,胺烷的改性不仅不会改变ZIF-90的晶体结构,还能够在ZIF-90表面形成"绒毛"状结构,形成有机-有机高相容的界面.除此之外,该"绒毛"结构虽然会降低填料本身的比表面积及孔体积,但是在合适的长度与数量下会与聚合物产生某种特殊的有益于气体分离的相互作用,可以明显提高混合基质膜的分离性能.使用正丙胺改性的PZ90/Pebax系列混合基质膜相较于纯ZIF-90/Pebax, CO_2/N_2选择性与CO_2渗透性都有不同程度的提高,改性程度为20%时分离性能最佳,CO_2/N_2选择性为70,CO_2渗透率达到140 Barrer,与纯Pebax相比分别提高了45.8%和79.4%,接近2008年Robeson上限.     

聚酰亚胺中空纤维膜对油田伴生气中二氧化碳分离性能的研究

采用实验室自制的聚酰亚胺中空纤维膜,系统考察了原料侧放空气流量、原料气压力、温度、组成、膜丝填充率等参数对油田伴生气中CO_2分离效果的影响.实验结果证明,原料侧放空气流量对整体分离性能影响最为显著;升高原料气压力会增加处理量,但对分离性能无明显影响;升温导致渗透加速但是分离性能有下降趋势;原料气中CO_2浓度变大导致膜的渗透速率随之变大;50%装填率表现出了最佳的分离效果.在580h测试过程中聚酰亚胺膜渗透分离性能较为稳定.这些结果揭示了相关参数对该分离过程影响的规律,并验证了聚酰亚胺中空纤维膜用于油田采出气中CO_2分离回收的可靠性.     

减压膜蒸馏法再生天然气脱碳液研究

甲基二乙醇胺(MDEA)溶液在吸收天然气中的CO_2时发生可逆化学反应,因此对MDEA富液的再生可进一步完善天然气生产工业.实验采用聚丙烯(PP)膜组件作为富液再生器,利用减压膜蒸馏法再生含CO_2的MDEA富液.研究富液温度、真空度、流量和富液中CO_2浓度对分离因子和脱碳率的影响,探究各参数影响能力的大小并寻找出最佳操作参数.研究表明,脱碳率随温度、真空度、流量和CO_2浓度增大而增大;分离因子随温度、真空度和CO_2浓度增大而增大,随流量增大而减小.最佳操作条件为温度50℃,真空度65 kPa.各参数对减压膜蒸馏影响顺序为温度真空度流量CO_2浓度.     

直流电晕放电净化羰基硫以及其产物分析

使用直流电晕放电净化羰基硫(COS),研究不同O_2浓度、不同相对湿度以及粉尘存在与否对COS处理效果和被处理后主要产物含量的影响。实验结果表明,随着O_2浓度增加,COS去除效率降低,出口气中SO_2、总硫(The totals except SO_2,记为TS′)生成率均减小,COS转化量与CO、CO_2总量保持平衡,CO、CO_2浓度降低,CO生成率降低,CO_2生成率增加。相对湿度对COS处理效果影响较小,但影响电源击穿电压,相对湿度增加,出口气中总硫生成率增加,SO_2生成率减小,出口气中CO生成率降低,而CO_2生成率增加,CO浓度降低,CO_2浓度增加。在实验过程中加入粉尘后,COS处理效果有一定提高,出口气中SO_2生成率显著减少,总硫生成率增加,出口气中CO浓度降低,生成率降低,CO_2浓度增加,生成率增加。低氧气浓度、低湿度以及粉尘存在的情况下,COS处理效果最好。     

自聚微孔聚合物低温碳捕集性能研究

膜法CO_2捕集是解决当今世界碳排放的一个重要方法,低温膜分离是近年来兴起的一种高效CO_2分离技术.本研究结合了自聚微孔聚合物高CO_2透过率和低温下聚合物膜材料高CO_2/N_2选择性的特点来同时获得高CO_2透过率以及CO_2/N_2选择性的聚合物膜材料.首次探讨了高比表面自聚微孔聚合物PTMSP以及PIM-1在低温下CO_2透过率以及CO_2/N_2的选择性之间的关系和内在影响因素.其中,PTMSP表现出CO_2的透过率和CO_2/N_2的选择性随温度降低而同时增加.在-30℃时,PTMSP的CO_2的透过率为25 492 Barrer, CO_2/N_2的选择性为34,分离性能远超过最新的2019年上限.同时对其CO_2/N_2(体积比15/85)混合气的低温(-30℃)研究表明,混合气中CO_2的渗透率在20 000 Barrer以上,CO_2/N_2选择性约为32,是到目前为止最优秀的碳捕集膜材料之一.以上研究显示了PIM材料在低温下具有良好的碳捕集应用潜力.     

过渡金属盐—聚砜共混膜的形态结构及其气体渗透性

过渡金属(Cu、Co、Cr、Fe、Mn)的盐添加到聚砜中形成的薄膜通过红外光谱分析和扫描电镜的观察,它们是属于非均相的共混微孔膜。过渡金属盐的存在显著提高了膜对各种气体(H_2、N_2、O_2、CO、CO_2)的选择吸附性和透气性,特别适合于混合气H_2/CO 的分离,是一类很有工业应用前途的促进输送气体分离膜。     

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。     

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。     

SAPO-34分子筛膜的合成及CO2/CH4分离性能研究进展

具有CHA骨架结构的SAPO-34分子筛及分子筛膜因其规整的孔道结构、适度且可调控的表面酸性、优良的热和水热稳定性在气体分离领域具有广泛的应用前景.介绍了目前SAPO-34膜的合成方法、影响SAPO-34分子筛膜分离性能的主要因素,着重探讨了SAPO-34分子筛膜合成体系各参数的调控和优化策略,概述了目前SAPO-34分子筛膜在CO_2/CH_4分离领域的研究现状和需要进一步解决的问题.分析了CO_2气体分离工业化进程及存在的问题,并指出SAPO-34分子筛膜的研究发展方向.     

基于有机溶剂的中空纤维纳滤膜微结构调控

聚酰胺分离层的微结构调控是制备高性能纳滤膜的关键.通过改变溶剂类型调控水相单体在反应界面的溶解和扩散能力,进而改变界面聚合反应进程,获得了具有相对疏松的粗糙三维图案化分离层结构.结果表明,疏松的分离层赋予纳滤膜较高的单/二价盐选择性,对Na_2SO_4和NaCl的截留率分别为94.8%和17.6%;粗糙的膜表面显著提升了水接触面积,对Na_2SO_4水溶液的水通量达到42.6 L/(m~2·h),为具有常规表面形貌膜的3倍.     

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。     

醇胺改性氧化石墨烯/PVDF共混膜接触器脱硫性能的研究

通过醇胺改性氧化石墨烯(GO)和聚偏氟乙烯(PVDF)共混制备具有SO_2吸附功能的共混膜,用于膜接触器脱硫.考察了GO和乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)改性氧化石墨烯/PVDF共混膜的SO_2静态吸附性能,并将其用于膜接触器,以NaOH溶液为吸收液研究其脱硫性能,考察了吸附对SO_2在膜中的扩散传递的促进及其对脱硫性能的影响.结果表明,在共混醇胺改性后GO后,膜对SO_2的吸附性能明显提高,其中GO-DEA/PVDF膜表现出了最佳的SO_2吸附性能,平衡吸附量可达7.68mg/g.将GO-DEA/PVDF膜用于膜接触器脱硫时,其对SO_2的吸附作用明显,促进了气体的传质,使该膜显示出较高的脱硫效率以及较好的稳定性.在吸收液流速为30L/h时,GO-DEA/PVDF膜的脱硫率可达69%.