聚酰亚胺基气体分离膜的改性方法及其最新进展

综述了近年来聚酰亚胺气体分离膜的主要改性方法和最新进展,其中重点介绍了交联和共混改性方法,并对聚酰亚胺气体分离膜材料今后发展方向进行了展望.     

聚酰亚胺中空纤维膜研究进展

论述了聚酰亚胺中空纤维膜制备的新方法,介绍了用于制备中空纤维膜的新型聚酰亚胺膜材料的开发,综述了聚酰亚胺中空纤维膜在气体分离和渗透汽化膜过程中的应用。     

本征型聚酰亚胺膜气体分离性能的研究进展

包装内环境气氛对产品的性能具有重要的影响。选择合适的包装材料,控制包装内环境气氛的成分与含量,可有效延长产品的储存时间与使用寿命。为了实现良好的包装内环境气氛控制效果,包装材料需具备合适的气体分离性能。聚酰亚胺因其优异的气体分离性能、热稳定性和结构可设计性等特点受到关注,但气体渗透-选择性的平衡问题限制了其广泛应用。梳理了聚酰亚胺气体分离膜性能的研究进展,重点阐述了如何通过分子结构设计实现聚酰亚胺致密膜与微孔膜的性能调控,并对聚酰亚胺基气体分离膜材料的发展进行了展望。     

二胺改性BPDA－ODA型聚酰亚胺的H_2／N_2分离性能

本文合成了一系列二胺改性的ＢＰＤＡ－ＯＤＡ型共聚酰亚胺膜，改性聚酰亚胺与未改性的ＢＰＤＡ－ＯＤＡ相比，透气性得到了明显的改善，改善的程度与第二种二胺单体的结构和用量有关。３０℃时，在ＢＰＤＡ－ＯＤＡ中加入２０ｍｏｌ％三甲基间苯二胺（３ＭＰＤＡ）或四甲基对苯二胺（４ＭＰＤＡ）时，共聚酰亚胺ＢＰＤＡ－ＯＤＡ／３ＭＰＤＡ（８０／２０）或ＢＰＤＡ－ＯＤＡ／４ＭＰＤＡ（８０／２０）的透Ｈ２系数和Ｈ２／Ｎ２分离系数分别大于６．５ｂａｒｒｅｒ和１６０，是比较好的气体分离膜材料。     

高分子基气体分离膜材料研究进展

在简要介绍气体分离膜分离机理的基础上,详细介绍了高分子和有机-无机复合两类气体分离膜材料及其分离性能,其中高分子膜材料主要包括聚酰亚胺、硅橡胶、聚砜、醋酸纤维素、聚吡咯,有机-无机复合膜材料主要包括无机粒子填充高分子、有机-无机杂化,并对高分子基气体分离膜材料的发展前景进行了展望.     

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%.     

PMDA与BDA型聚酰亚胺膜透气性能比较

聚酰亚胺是一类具有众多优良性能的气体分离膜材料。本文通过比较芳香族型聚酰亚胺（均苯四酸二酐（ＰＭＤＡ）型聚酰亚胺）与脂肪族型聚酰亚胺（丁烷四酸二酐（ＢＤＡ）型聚酰亚胺）对ＣＯ２和ＣＨ４的透气性能，初步探讨了二酐及二胺结构对聚酰亚胺膜透气行为的影响。     

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。     

聚酰亚胺膜的功能化及成膜过程中影响因素分析

膜分离技术以其高效节能的优势,己广泛应用于生产生活的各个领域,是解决目前能源危机和环境恶化问题的有效手段。理想的膜材料要同时具有较高的渗透性和较强的分离选择性,大量研究表明聚酰亚胺膜的综合性能突出,是制备气体分离膜的首选材料,但是由于其结构中含有极性较强的酰亚胺基团,分子链中含有苯环或芳杂环,不利于分离膜的制备和小分子物质的通过导致膜的渗透通量不高,因此需要对聚酰亚胺膜进行功能化改性来满足工业化应用的要求。介绍了聚酰亚胺膜功能化的主要手段,探讨聚酰亚胺膜成膜过程中的影响因素,展望未来聚酰亚胺膜的研究方向,为合成性能优异的聚酰亚胺膜提供理论基础。     

蝶烯基微孔聚合物气体分离膜的研究进展

在气体分离膜领域,传统膜材料常面临着气体渗透性与选择性相互制约的难题,寻求新型聚合物膜材料并探寻分子设计规律成为首要任务.本文综述了一类新型聚合物——蝶烯基聚合物近十年内的研究进展,着重阐述了蝶烯分子在不同种类气体分离膜材料(聚酰亚胺、聚苯并嗯唑和自具微孔聚合物等)的结构、调控方式及气体分离性能,考察了碟烯结构在优化气...     

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.     

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.     

聚酰亚胺/TiO2 复合膜的制备、表征和气体渗透性测定

以硅藻土-莫来石陶瓷膜管为支撑体，以TiO2为过渡层，通过溶胶-凝胶法制备了负载型聚酰亚胺／TiO2复合膜．采用FTIR、NMR、TG／DTA、TEM、BET和气体渗透法对复合膜进行了表征和测试．结果表明：TiO2相通过与聚酰亚胺链上羧酸基支链发生键连形成有机无机组分交错分布的网状结构；复合膜具有良好的热稳定性和有机无机兼容性；相对于聚酰亚胺膜，复合膜对H2、CO2、N2和H2O具有较高的分离性；TiO2含量为15wt％的复合膜对H2／N2、C02／N2和H20／N2的分离因子分别为64．2、42．5和80．8．     

PMDA-ODA型聚酰亚胺炭/碳纳米管杂化膜的制备及气体分离性能研究

针对现有气体分离炭膜存在的渗透速率低等问题, 提出并设计在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管, 经高温热解后制备炭/碳纳米管杂化膜. 分别采用透射电镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)和气体渗透实验对炭/碳纳米管杂化膜的微观结构和分离性能进行表征. 实验结果表明, 在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管后, 碳纳米管与炭基体之间形成明显的“界面间隙”, 打破了原有炭膜中由乱层炭构成的无序微孔结构, 重新构建了杂化炭膜的孔隙结构. 与纯炭膜相比, 杂化炭膜的气体渗透速率大幅增加, 其中O₂的渗透速率增大接近4倍(达到1576 Barrer), 而O₂/N₂的分离选择性仅降低17%.     

6FDA-TMPDA-DABA/TiO2杂化膜的制备、表征和气体渗透性能

以硅藻土-莫来石陶瓷膜管为支撑体,以TiO2为过渡层,通过溶胶凝胶法利用具有大量支链的聚酰亚胺和TiO2溶胶制备了系列不同TiO2含量的聚酰亚胺/TiO2杂化膜.聚酰亚胺是利用4,4'-六氟亚异丙基-邻苯二甲酸酐(6FDA)、2,4,6-三甲基-1,3-苯二胺(TMPDA)和3,5-二氨基苯甲酸(DABA)在溶液中进行亚胺化完成的.采用FTIR、TG/DTA、DSC、TEM、BET和气体渗透测定对系列膜进行了表征和测试.结果表明:聚酰亚胺通过支链上的羧酸基和TiO2相键连织构成了具有规则孔道的空间网状结构,并且随着TiO2含量的增加孔径逐渐减小;杂化膜具有较高的热稳定性和有机无机兼容性;相对于聚酰亚胺膜,杂化膜对H2、CO2和H2O相对于N2具有较高的分离性,TiO2含量为25%(质量分数)的杂化膜对H2/N2、CO2/N2和H2O/N2的分离因子分别达到56.6、31.3和55.3.     

可重复使用型耐溶剂聚酰亚胺纳滤膜的研制

以芳香二酐和自制的3,3'-二甲基-4,4'-二氨基二苯甲烷(DMMDA)二胺为单体,N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,从分子结构的角度出发,设计合成了聚酰胺酸溶液,经化学亚胺化反应制备了高相对分子质量的可溶性聚酰亚胺材料,进一步通过浸没-沉淀相转化法制备出聚酰亚胺基纳滤膜。通过红外光谱、核磁、热重分析、扫描电镜、原子力显微镜等对合成单体和聚酰亚胺基纳滤膜的结构和性能进行了分析和表征。结果表明,成功地合成了DMMDA二胺单体,以该单体为原料制备的聚酰亚胺基纳滤膜具有较高的分离性能,对酸性红94的截留率高达92%,同时具有良好的耐溶剂性及重复使用性。     

Electrospun polyimide/titanium dioxide composite nanofibrous membrane by electrospinning and electrospraying

Fibrous membrane with a fibre diameter of 229 +/- 35 nm was fabricated from polyimide solution by electrospinning. Nanofibrous membrane with a fibre diameter of 251 +/- 37 nm was fabricated by combined electrospinning and electrospraying for polyimide/TiO2. Among the different solvents studied, ethanol was the effective solvent for dispersing the TiO2 nanoparticles in the nanofibrous matrix during electrospraying. The average pore size of polyimide membrane was obtained in the range 0.79-0.89 microm whereas the average pore size of polyimide/TiO2 membrane was found to be in the range 1.23 microm. The tensile stress of polyimide nanofibrous membrane and also polyimide/TiO2 composite fibrous membrane determined to be 0.36 MPa and 0.65 MPa respectively. Nanofibrous membrane containing TiO2 nanoparticles on the surface of the polyimide nanofibres improved the mechanical stability of the membrane.