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.     

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.     

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.     

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/SAPO-34混合基质膜的制备及性能研究

选用Pebax1657和SAPO-34为膜材料,分别采用醋酸和1-丁醇为溶剂,通过流延法制备Pebax/SAPO-34混合基质膜(MMMs).研究发现,溶剂能显著地影响膜的结构形态以及渗透性能.纯Pebax膜的气体渗透系数受溶剂的影响较大,而选择性受溶剂影响不大.对于分子筛含量较高(质量分数33%)的MMMs,以1-丁醇为溶剂时,分子筛的分散均匀程度更高,但就材料的成膜性而言,醋酸为溶剂时更好.MMMs中气体渗透系数的变化是结晶度、扩散曲度、链段运动能力和膜形态等因素的共同作用的结果.醋酸为溶剂时,由于相分离的发生,气体的渗透系数出现突跃,最大提高到纯Pebax膜的3倍.1-丁醇为溶剂时,除H2外,气体渗透系数先出现一定程度的提高,而后由于受到链段僵化以及扩散曲度的影响而降低.     

PVDF-PANI共混膜气体分离性能的研究

采用PANI与PVDF共混制膜，并对共混膜和PVDF膜的气体分离性能进行对比研究。实验发现：与PVDF膜相比，PANI的加入，使得共混膜的气体渗透速率J和理想分离因数α发生了明显的变化，有利于αO2／N2，αO2／CO2的提高；PANI在共混膜中的百分含量直接影响到气体渗透速率J和理想分离因数α变化的大小。     

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.     

埃洛石纳米管结构改性后用于Pebax基质中强化气体分离

基于埃洛石纳米管(HNTs)内外层结构化学性质不同,使用硫酸(H2 SO4)、盐酸(HCl)对埃洛石进行选择性刻蚀,得到了两种纳米多孔埃洛石,即S-HNTs和H-HNTs.将这两种纳米多孔埃洛石引入Pebax MH 1657(Pebax)基质中制备混合基质膜(MMMs).纯CO2、CH4气体渗透结果表明,在S-HNTs和H-HNTs填充量分别为6％(质量分数)和8％(质量分数)时,Pebax-S-HNTs MMMs和Pebax-H-HNTs MMMs性能达到最优,与纯Pebax膜相比,CO2渗透系数分别增加了97.8％和125.3％,CO2/CH4的理想分离因子分别增加了69.7％和40.0％.气体分离性能的改善主要是由于HNTs的刻蚀扩孔成功以及微/介孔分级多孔结构的存在.这是因为,首先,对HNTs内[AlO6]八面体进行选择性刻蚀导致管腔尺寸增加,提高了气体渗透;其次,微/介孔分级多孔结构的存在为气体扩散提供了多种传递路径,曲折路径的存在促进了气体选择性的提高.     

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.     

过渡层对Pebax/PAN复合膜孔渗现象的影响研究

选用聚丙烯腈(PAN)超滤膜作底膜,以乙醇/水混合液作为Pebax的溶剂,采用浸渍涂层(dip coating)的方法制备Pebax/PAN复合膜.发现直接在PAN底膜上涂覆Pebax制备Pebax/PAN复合膜会导致涂层液的孔渗.本文借助理论模型分析孔渗深度对Pebax/PAN复合膜渗透速率的影响.研究表明,微小的孔渗深度也会对复合膜的整体气体渗透速率造成显著的影响.引入氨基硅氧烷与PDMS共混过渡层来解决孔渗问题,结果证实,引入该过渡层后,Pebax/PAN复合膜的气体渗透速率明显提高,而CO_2/N_2选择性基本保持不变.