知识介绍

高分子分离膜分离膜的开发与实用以压力、温度差等作动力,使气体和液体混合物,或无机、有机物的溶液等分离成各种成分的膜叫高分子分离膜。目前已经实用的和正在研究的人造分离膜表示于表1。     

渗透汽化膜与气体分离膜的对比研究

制奋了聚二甲基硅氧烷和多孔聚丙的复合膜,并分别用以分离O_2、N_2和以渗透汽化法分离乙醇—水混合物。结果表明,当复合膜较薄时,膜的选择性对气体保持不变,而对渗透汽化法却大幅度下降。说明尽管气体膜分离与液体混合物的渗透汽化分离都遵循“溶解扩散”机理,但是溶解和扩散对选择性的贡献在两种情况下,程度是不同的。计算了氧、氮、乙醇和水的透过活化能,分别为6.7KJ/mol、10KJ/mol、32.6KJ/mol和35KJ/mol.建议气体分离膜在室温操作而渗透汽化膜在较高温度操作。     

填充型H-β分子筛-聚砜复合膜的制备与性能研究

以聚砜为基体材料填充H-β分子筛,制备一系列的新型聚合物基复合膜,考察了这些膜的微观形貌,力学性能和气体渗透性能.结果表明,分子筛加入后与聚合物之间形成较好的界面结合,但是复合薄膜的拉伸强度明显降低,与分子筛的含量近似为线性关系.O2、N2和CO2 3种气体的渗透测定结果表明,加入分子筛后,这些气体的渗透系数显著上升,而且随着分子筛含量的增大而进一步提高.同时复合膜对CO2/N2和CO2/O2的分离选择性也有较大的提高.加入分子筛后,至少有部分气体分子是经过分子筛的孔道吸收与扩散而实现膜的透过的,即H-β分子筛起了筛分作用.可以推论填充分子筛改变了聚合物本体材料的内部结构,进而改善其气体渗透性能,有助于实现气体成分的调控或气体分离.     

玻璃熔炼过程中气泡的形成和成长

气泡的形成和成长被看作为一种“相转变”,气泡核是在过饱和溶液中形成的并通过气体扩散来成长。以下二方程分别给出气泡核形成速度和气泡成长速度方程中的U_1和U′_1是气体扩散活化能,σ和σ′是溶液和气泡间的界面能(符号“′”代表二维成长),C,C_ο分别代表溶解于液体中的气体的浓度,P是外部大气压力,δ是气体膜的厚度。测量了气泡在过饱和溶液(CO_2溶解于水和甘油的过饱和溶液)中成长速度,结果表明:第二方程非常适用。在熔炼开始阶段,熔融的BK7玻璃中的气泡平均直径增加,但通过最大值后又重新下降这表明在熔炼过程中气泡是成长的。通过熔炼,从含有气体成份的配料中减少气泡的速度比碎玻璃熔炼场合快。搅拌会增加扩散速度,进而加快气泡成长速度。所有事实证明所提出的理论方程是有根据的。     

辐射接枝共聚制渗透蒸发分离膜

对于种类繁多的工业混合物,单用一种膜是不能一一都加以分离的,而必须采用其特性适合于一定分离作业的多种不同的膜。这就要求制备具有不同物理和化学结构的分离膜,以达到分离不同液体混合物或气体混合物的目的。1.辐射引发接枝共聚工业生产的聚合物薄膜不具备分离膜的性质,但用适当的单体与之接枝共聚可赋予分离膜的性能。用预辐射接枝共聚法,通过射线(160～200KeV)辐射,在部分结晶的基     

二维片层材料用于构筑气体分离膜的研究进展

二维片层材料因其独特的片层结构、高比表面积和良好的机械性能等特性,在气体分离膜中得到了广泛关注。首先简单归纳了气体在无孔片层和多孔片层材料中的传递机理,之后重点讨论了用于气体分离的二维片层材料无机膜和高分子-无机杂化膜的研究现状。     

影响液体分离膜渗透性能的物理化学因素

液体分离膜完成预期分离的性能取决于这种膜对液体组分的相对渗透能力。任何化合物对一种膜的渗透率是由两个因素决定的,即平衡效应(溶液组分在自由溶液和膜相之间的分布)和动态效应(如扩散和本体流动),这两种效应都受渗透物和膜之间的物理化学作用大小和性质(吸引和排斥)的影响。当渗透物与膜之间的吸引力增大时,会导致渗透物在膜相中的溶解度增加。但是,如果吸引力太强的话,则会因渗透物在膜材料中滞留,反而使渗透速度减小。在极     

分离膜在膜液体除湿中的应用进展

由于人们对室内舒适性的要求不断提高,空气除湿技术得到了迅速发展,膜液体除湿因解决了传统液体除湿夹带液滴的问题,近年来得到了广泛的研究与应用。该技术耦合了膜分离技术的选择性与液体除湿的高吸收性,通过选择性透过膜将高湿气体与液体干燥剂隔离开,水蒸气分子在膜两侧水蒸气分压力差的驱动下透过分离膜完成气体的除湿过程。目前,人们对膜液体除湿器中分离膜的膜材料及膜组件进行了大量的研究工作。膜液体除湿器中的膜为气液分离膜,其按材质可分为有机膜、无机膜以及有机-无机复合膜,目前应用在除湿器中的多为有机高分子聚合物膜;而按形态结构可分为微孔膜、致密膜以及复合膜。微孔膜膜孔的润湿现象限制了其应用,因此研究人员对其进行了疏水改性研究。而致密膜则完全避免了这个问题,目前研究者提出了一种吸收器单元思想,为致密膜的下一步研究提供了思路。复合膜性价比比前两种膜结构更高,因此近年来研究人员开发了多种复合膜以用于空气除湿。此外,除湿分离膜可被制成平板式或中空纤维膜式,并分别形成平板膜组件与中空纤维膜组件,为了揭示膜组件内的热湿传递规律,研究人员对两种膜组件内的流体流动方式、共轭传热传质机理、组件结构进行了大量研究,这对膜液体除湿技术的推广及发展具有重要的意义。本文概述了分离膜在膜液体除湿器中的最新研究进展,首先介绍了膜液体除湿器的工作原理,然后归纳总结了分离膜材料在除湿器中的分类及应用,重点介绍了不同形态结构的除湿膜材料,对其性能影响因素及研究进展展开了叙述,接着结合国内外的研究对除湿器中不同分离膜组件的传热传质研究及结构特点进行了概述,最后就分离膜在膜液体除湿技术中的未来研究方向进行了展望。     

无机膜气体分离的温度-压力-渗透率方程及其在吸附问题上的应用

综合考虑努尔森(Knudsen)扩散和表面扩散,理论上推导出适用于无机膜气体分离的温度-压力-气体渗透率方程.方程包含4个有物理意义的参数A、B、Δ和β.A和B是气体流动系数.Δ显示温度影响.β显示压力影响.基于无机膜气体分离与煤层气吸附的相似性,将该方程演变成仍然有4个参数(A′、B″、Δ和β)和相同的数学形式的温度-压力-气体吸附方程,并以松藻煤电公司8#煤层煤样的系列Langmuir等温吸附实验数据,分别用平均相对偏差计算法和作图法验证了其适用性.     

BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能

以BPDA-ODA型聚酰亚胺为前躯体,沸石为掺杂剂,通过成膜和炭化等过程制备了杂化炭膜.分别采用热失重、X射线衍射、扫描电子显微镜及渗透技术研究了前躯体热稳定性,炭膜微观结构、形貌及气体分离性能.考察了ZSM-5与5A两种沸石含量、炭化温度、渗透温度及渗透压力等因素对炭膜气体分离性能的影响.结果表明:H₂、CO₂、O₂和N₂ 4种气体主要以分子筛分机理渗透通过炭膜,实现选择性分离.在650℃炭化温度下得到杂化炭膜随沸石含量提高,气体渗透性与选择性均略降低;5A杂化炭膜的渗透性与选择性都显著高于ZSM—5杂化炭膜;随渗透压力提高,杂化炭膜的气体渗透性与选择性升高.当炭化温度从650℃升高到750℃时,杂化炭膜的渗透性降低.     

MFI型分子筛膜的制备及气体渗透特性

采用原位水热合成和无模板剂二次生长合成的方法,在α-Al2O3基膜上合成了MFI型分子筛膜,用XRD,SEM和气体渗透实验等方法进行表征,表明合成在α-Al2O3基膜的物质为MFI型分子筛.原位合成的分子筛膜,氢/异丁烷的理想分离系数在298K和473K时分别为97和52;二次生长合成的分子筛膜,氢/异丁烷的理想分离系数在298K和473K时分别为497和370,远大于它们Knudsen扩散5.34的比值,表明气体是通过MFI型分子筛的孔道透过.SF6分子动力学直径大于分子筛膜孔径,H2/SF6分离因子远大于Knudsen扩散值,几乎不透过分子筛膜.原位合成分子筛膜的正/异丁烷理想分离系数在298K和473K时分别为24和17;二次生长分子筛膜的正/异丁烷理想分离系数在298K和473K时分别为77和74.气体渗透分离实验结果表明,两种分子筛膜对气体分离是由分子筛分占主导,分子筛膜完整没有缺陷.     

各种含氢气体的分离方法

目前,含氢气体处理方法有许多种。按分离效应的性质,氢的分离可分为以相平衡为基础的吸收(气体—液体)、吸附(气体—固体)分离法;以低温冷凝和精馏(气体—液体)为基础的分离法;以气体通过薄膜扩散的分离法;以混合物各组份分子量差异为基础的分离法(处于开发阶段)及以被分离混合物各组份的化学反应(属未取得实际应用的方法而未予研究)为基础的分离法等     

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。     

退火气氛与扩散阻挡层对Cu膜表面完整性的影响

用反应磁控溅射和离子束辅助沉积(IBAD)方法分别在(111)单晶硅基体上沉积了Cu／ZrSiN与Cu／ZrN膜系，制得的试样在800℃下分别在真空和N2、H2混合气体两种气氛中退火lh。结果表明，在真空中退火的Cu／ZrSiN膜由于ZrSiN膜裂纹导致Cu膜裂纹的产生：ZrSiN和ZrN扩散阻挡层上的Cu膜还有很多由晶界迁移导致的孔洞。在氮氢混合气体中退火时ZrSiN扩散阻挡层上的Cu膜由于具有高的应力而发生断裂，ZrN扩散阻挡层上的Cu膜则没有这一现象。在N2、H2混合气体中退火时Cu由于还原性气氛抑制了晶界迁移而使Cu膜的孔洞变小、减小。     

聚酰亚胺/离子液体共混膜的制备及其CO2/N2分离性能研究

咪唑类离子液体(IL_s)对CO₂具有良好的亲和性和溶解性。离子液体与聚酰亚胺膜材料相结合，可以解决目前CO₂难以分离和回收的问题。选用3种烷基链长度不同的离子液体与聚酰胺酸进行共混，通过高速搅拌器制备出一系列聚酰亚胺/离子液体共混膜，IL_n含量为5%、10%、15%、20%。采用薄膜拉伸强度测试仪和气体透过仪对膜进行了测试。结果表明：离子液体共混的聚酰亚胺薄膜的力学性能相对于纯膜来说均有所提高。当离子液体为IL₂,共混含量为20%时，膜对CO₂的渗透性能最好，为1.5033Barrer,是纯膜的3倍；当离子液体为IL₂,共混含量为15%时，膜对CO₂/CH₄的分离性能最好，为21.7859,约为纯膜的7倍。     

分子模拟研究气体在4种膜材料中的分离行为

利用分子模拟技术,从分子水平上研究CO_2/N_2在4种常见高分子膜材料中的渗透机理与分离性能.通过分子动力学方法和蒙特卡罗方法对材料的微观性质和CO_2/N_2在4种材料中的溶解扩散过程进行模拟计算.将计算结果与文献值对比,结果显示具有一致性.材料的微观作用决定材料在气体分离方面的宏观性能,计算结果从微观角度揭示了材料分子结构的自由体积尺寸越大,气体在材料中的扩散性能越强;而材料中空穴的数量越多,气体在材料中的溶解性能越好.计算结果表明,本文模拟的两种橡胶态聚合物具有高灵活性的分子链和较小的内聚能密度,而两种玻璃态聚合物则与之相反,这使得CO_2/N_2在两种橡胶态聚合物中的渗透性能大于其在两种玻璃态聚合物中的渗透性能.     

聚醚共聚酰胺复合气体分离膜对CO2/N2分离性能的研究

以烟道气中CO2的捕集为研究背景,以聚醚共聚酰胺Pebax1657嵌段共聚物为选择层膜材料,采用浸渍涂覆法,制备具有超薄分离皮层的PEI/PDMS/Pebax1657/PDMS多层复合气体分离膜,研究复合气体分离膜对CO2/N2混合气的分离特性.由于CO2的增塑作用,复合膜对CO2/N2混合气的分离系数为40左右,低于其理想分离系数.操作压力和原料气中CO2浓度对复合膜的渗透分离性能以及混合气的分离效果影响显著.在实际应用中,可通过调节膜两侧操作压力来提高CO2的富集浓度.     

[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%.     

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.     

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.