聚醚共聚酰胺多层复合气体分离膜的制备及其分离性能

采用浸渍涂覆法,以聚醚共聚酰胺PEBA1074嵌段高分子为选择层膜材料制备具有超薄分离层的PEI/PDMS/PEBA1074/PDMS多层复合气体分离膜,探讨了操作条件对H2、N2、CH4和CO2等在多层复合膜中的渗透性能的影响.多层复合膜对极性气体具有较高的渗透通量,并且对极性/非极性气体分离体系具有较高的选择性.CO2对多层复合膜存在增塑作用,其渗透通量随操作压力的增加而增加;随着操作温度的升高,H2、N2、CH4和CO2在复合膜中的渗透通量显著增大,而CO2/非极性气体(H2、N2和CH4)的分离系数减小.气体渗透通量与温度的关系在PEO链段熔点的上下分别满足不同的Arrhenius方程.当操作温度大于PEO链段熔点温度时,气体的渗透活化能减小.     

聚醚共聚酰胺-三醋酸甘油酯多层复合气体分离膜的制备及其分离性能

以聚醚共聚酰胺Pebax1074为分离层主体膜材料,以三醋酸甘油酯(GTA)为添加剂,制备具有超薄分离层的Psf/PDMS/Pebax1074和Psf/PDMS/Pebax1074-GTA/PDMS多层复合气体分离膜.考察了Pebax1074和GTA浓度、温度、压力等条件对H2、N2、CH4和CO2等在复合膜中的渗透性能的影响.结果显示,随Pebax1074浓度的增大,Psf/PDMS/Pebax1074膜对气体的渗透通量急剧下降,气体选择性逐渐增大至接近Pebax1074本征值.当GTA质量分数大于50%,Psf/PDMS/Pebax1074-GTA复合膜的气体渗透通量大幅增加,而气体选择性不高.利用硅橡胶对复合膜表面保护后,气体选择性接近Pebax1074材料本征值.Psf/PDMS/Pebax1074-GTA/PDMS多层复合膜对CO2具有较高的渗透通量和较高的选择性.CO2对多层复合膜存在塑化效应,渗透通量随压差增大而增大;随着操作温度的升高,H2、N2、CH4和CO2在复合膜中的渗透通量显著增大,而CO2/(N2、CH4、H2)的分离系数减小.     

Cu3(BTC)2对PDMS/PEI复合膜气体分离的改性研究

将金属骨架化合物(MOFs) ——Cu3(BTC)2填充到聚二甲基硅氧烷中,制备聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺(PDMS/PEI)非对称平板复合膜,进行了4种气体O2、N2、CO2及CH4的渗透过程研究,考察了Cu3 (BTC)2填充量及操作条件对膜分离性能的影响.结果表明,随Cu3 (BTC)2填充量的增加,4种气体的渗透通量及O2/N2、CO2/N2和CO2/CH4的分离系数较未改性的复合膜均有所提高,其中填充量为25％的改性复合膜获得了较优的效果;随操作压力的升高,气体的渗透通量增大而分离系数略有上升;随操作温度的升高,气体的渗透通量增大,CO2/N2和O2/N2的分离系数有所下降,而CO2/CH4的分离系数略有增加.     

聚醚共聚酰胺膜的制备与分离性能

以橡胶态聚醚共聚酰胺(Pebax1074)嵌段共聚物为膜材料,采用流延法制备亲水性无缺陷的Pebax1074均质膜.由于Pebax1074嵌段高分子中的聚环氧乙烷(PEO)链段对CO2分子的亲和性,Pebax1074膜对CO2/非极性气体分离体系有较高的分离性能.CO2渗透系数由于增塑作用随膜两侧压差的增大而显著增大,且温度越低增塑作用越大;而N2、CH4和H2等非极性气体的渗透系数由于流体静力学压力效应随膜两侧压差增大略有减小,温度越高流体静力学压力效应越弱.N2、CH4、H2和CO2在Pebax1074膜中的渗透系数均可用Arrhenius方程描述,且随着压力的升高,CO2的渗透活化能下降,而N2、CH4和H2非极性气体的渗透活化能升高.     

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)].     

溶胶-凝胶法甲基化改性SiO2膜的气体渗透性和再生性研究

以甲基三乙氧基硅烷替代部分正硅酸乙酯作为前驱物,用溶胶-凝胶法对亲水性SiO2膜进行改性,制备了甲基化改性SiO2膜.通过FTIR、SEM和气体渗透实验考察了甲基化改性对SiO2膜形貌、化学结构、气体渗透性及再生性的影响.结果表明,压差、温度对两种SiO2膜渗透分离性能的影响相似;甲基化改性使SiO2膜气体渗透速率显著增加,而H2/CO2选择性却没有明显下降;在水气环境中陈化后,虽然两种SiO2膜的H2/CO2选择性均未显著降低,但亲水性SiO2膜气体渗透速率下降明显,而甲基化改性SiO2膜则下降较小.再生可以部分恢复SiO2膜的渗透分离性能,与陈化前相比,再生使两种SiO2膜的渗透性能降低,H2/CO2选择性增大,甲基化改性大大减小了再生对膜渗透性能的劣化.     

乙基纤维素/C60复合膜制备及气体分离性能研究

为制备C60含量不同的乙基纤维素(EC)/C60复合膜,采用UV-可见光谱、AFM和XRD等手段对紫外光辐照前后复合膜结构进行表征,并考察其对气体分离及渗透性能的影响.结果表明,复合膜经紫外光辐照后,C60在膜表面的分布由独立的簇状结构转变为连续平缓的丘陵状结构,膜表面更加致密光滑;复合膜分子链间距未发生明显变化,但对N2、CO2、H2的渗透性能和H2/N2、CO2/N2分离性能产生明显影响.当C60添加量达到1.6%时,未经紫外光辐照的复合膜对CO2及H2的透气系数较纯EC膜分别提高了30%和40%,分别达到61.29Barrer和78.88Barrer,对H2/N2,CO2/N2理想分离系数增至纯EC膜的1.47和1.38倍,分别达到9.979和12.84;经紫外光辐照后,高C60含量的EC/C60复合膜能够保持纯EC膜对CO2和H2的透过水平,而对H2/N2和CO2/N2的分离性能增至纯EC膜的2.30和2.43倍,分别达到17.49和25.60.     

新型炭／T型分子筛复合膜材料的设计、制备及应用

以聚酰胺酸为有机前驱，两种不同形貌的T型分子筛为杂化物经高温热解制备了新型的炭／T型分子筛复合膜材料。利用TG、XRD、SEM等分析手段对所制备的复合膜的微结构进行了研究。结果表明，T型分子筛在炭相中分散良好，其晶体结构在热解过程中没有被破坏，同时形成了稳定的无机，无机复合结构。单组分气体（CO2，O2，N2和CH4）以及混合气体（CO2／CH4，O2／N2）的渗透实验表明，分子筛减小了气体分子在膜中的扩散阻力从而大大提高了复合膜对气体分子的渗透能力，其中，复合膜对CO2和O2渗透系数可达1302Barrer[1Barrer=1×10^-10cm^3（STP）·cm／cm^2·s·cmHg]和334Barrer，同时CO2／CH4混合气体分离系数达到62，O2／N2分离系数达到8左右。这些数据表明该复合膜是一种可实现大规模二氧化碳以及空气分离的理想膜材料。     

乙基纤维素/TiO2复合膜的制备及气体渗透性能

以乙基纤维素(EC)和正钛酸丁酯(TBT)为主要原料,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了EC/TiO2复合膜。研究了TiO2粒子在复合膜中分布形貌、复合膜的结构变化及对气体渗透和分离性能的影响。结果表明,TiO2质量分数达到25%时,微米级的TiO2粒子均匀分散在复合膜中,复合膜形成有机-无机三维网络结构,测试气体在膜中的渗透行为主要受动力学因素控制,其中H2、O2透气系数分别增大至纯EC膜的1.8倍和1.3倍,H2/N2及O2/N2分离性能略有提高。     

板状C/C复合膜的制备及其气体分离性能

以商用PMDA-ODA型聚酰胺酸为涂膜液,采取旋转涂膜技术在煤基板状炭膜支撑体上制备成C/C复合膜.研究了旋转涂膜次数、支撑体性质、支撑体表面预浸渍处理及加入表面改性剂对C/C复合膜气体分离性能的影响,采用扫描电镜对炭膜的复合效果和微结构进行表征.结果表明:随着旋转涂膜次数的增加,气体的渗透速率下降、分离系数增加;与无烟煤支撑体相比,以烟煤支撑体制备的C/C复合膜气体渗透速率和分离系数均较大;无烟煤支撑体经预浸渍处理后可以提高C/C复合膜的气体渗透速率;涂膜液中加入表面改性剂可以改善涂膜液和支撑体的复合效果,经一次涂膜即可制备出具有分子筛分性质的C/C复合膜.以烟煤为支撑体制备的C/C复合膜对H2/N2、CO2/N2和O2/N2的分离系数分别为94.3、18.3和10.2;空气中O2/N2分离系数为10.8,氧气的渗透速率为4.99×10-9 mol·m-2· s-1· pa-1,一次富集氧气浓度达到74.4％.