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.     

PDMS/聚酰亚胺中空纳米微球/PEI混合基质复合膜的制备及气体分离性能研究

以均苯四甲酰氯(BTAC)和4,4-(9-亚芴基)-二胺(FDA)为油相和水相单体,在微乳液体系中通过界面聚合法制备了聚酰亚胺中空纳米微球.然后配制微球和聚二甲基硅氧烷的正己烷混合液作为涂层液,采用浸渍涂覆法制备聚二甲基硅氧烷/聚酰亚胺中空纳米微球/聚醚酰亚胺复合膜,并对O_2、N_2的渗透速率和O_2/N_2分离性能进行了测试.系统考察了聚合物浓度、预交联时间、浸渍时间、提拉速度及固化温度对复合膜气体渗透性能的影响.结果表明,当硅橡胶质量分数为3%、预交联时间为3 h、浸渍时间为120 s、提拉速度为0.5 m/min、固化温度为80℃时,制备的复合膜性能较佳.测试条件为0.2 MPa、25℃时,具有无缺陷皮层复合膜的O_2渗透速率高达1 676 GPU,O_2/N_2分离因子为2.2.     

[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%.     

ZIF-67@PDA/含氟聚酰亚胺混合基质膜的制备及其气体分离性能

金属有机框架材料(MOF)/聚合物混合基质膜(MMMs)通过结合MOF的分子筛效应和聚合物基质成本较低、加工性能好、机械强度高的特征,使其在气体分离领域展现出巨大的应用前景。然而由于MOF在聚合物基体中存在分散性差问题,极大地限制了其应用。采用溶剂热法合成金属框架材料ZIF-67,并通过溶液氧化法在ZIF-67表面修饰聚多巴胺(PDA)层制备ZIF-67@PDA纳米多孔材料。以4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(ODA-6 FDA)型含氟聚酰亚胺(FPI)为基体、ZIF-67和ZIF-67@PDA为填料,制备不同质量分数的ZIF-67/FPI和ZIF-67@PDA/FPI。通过FTIR、WAXD、TGA、SEM、比表面和孔径分布分析仪、气体渗透仪等测试对MMMs的结构和性能进行表征并测试了N₂、O₂、CO₂、He 4种气体的渗透性。结果表明：经聚多巴胺修饰后的纳米微孔材料ZIF-67在聚合物基体中能均匀分散并为气体分子的通过提供快速通道,且表现出良好的热稳定性。ZIF-67@PDA对CO<...     

CO2/N2分离中水合物膜形成的影响因素研究

温室效应是如今人类所面临的一个重大问题,而二氧化碳对温室效应的"贡献"最大,因此发展研究捕集CO2的新型高效节能技术及相关理论,对避免温室效应,保护环境具有极其重要的意义.本文提出了将膜分离法和水合物法结合起来即水合物膜法,并利用自行组建的水合物膜法分离二氧化碳实验系统初步探索了多孔陶瓷管的孔径,体系的压力、温度、气体...     

二胺改性BPDA—ODA型聚酰亚胺的H2／N2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     

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.     

含氧化石墨烯混合基质反渗透复合膜的制备及性能研究

以间苯二胺(MPD)为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体,氧化石墨烯(GO)作为水相添加物,采用界面聚合法,制备了GO-PA(聚酰胺)/PSF(聚砜)混合基质反渗透复合膜。采用扫描电子显微镜表征了膜形貌,考察了该膜对氯化钠的截留性能及耐氯性。结果表明,聚酰胺反渗透膜填充氧化石墨烯后,其分离性能优于聚酰胺膜,且具有较好的耐氯性。随着氧化石墨烯含量的增加,膜的通量增大,当添加量为0.005%时,膜具有最大通量,为63 L/(m2.h)。     

磺化自聚微孔聚酰亚胺的制备及磺化度对其气体分离性能的影响

研究了-SO₃H基团的引入和不同磺化度对微孔聚酰亚胺气体分离膜的影响.区别于后磺化法,采用一步法使磺化单体2, 4, 6-三甲基二氨基苯磺酸(TrMSA)和非磺化单体2, 4, 6-三甲基-间苯二胺(DAM)与六氟二酐(6FDA)直接缩聚得到磺化聚酰亚胺(SPI),通过控制TrMSA和DAM的比例得到磺化度分别为25%,50%,75%与100%的聚合物.使用FTIR、XRD、TGA、BET和气体渗透仪等手段研究不同磺化聚酰亚胺薄膜的化学结构、链段堆积结构、热性能、比表面和气体分离性能.结果显示,引入的-SO₃H通过增强链间相互作用力,使得聚合物比表面积减小,以及链间距逐渐降低为0.57、0.52、0.47和0.42 nm,所有气体的渗透性均随磺化度的升高而下降,然而CO₂/CH₄选择性在扩散系数的主导下则逐渐上升.当磺化度为75%时,磺化聚酰亚胺CO₂的透过率达到107 Barrer, CO₂/CH₄选择性为47.8,在压力高达2 M...     

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。     

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。     

胺化木质素磺酸钠插层水滑石/Pebax混合基质膜的制备及气体分离性能研究

将胺化木质素磺酸钠(AL)通过阴离子交换法插层锌铝水滑石(LDH),得到填料AL-LDH,以聚醚嵌段酰胺共聚物(Pebax1657)为分离膜基材,制备具有一定成本优势的高CO₂/N₂选择性混合基质膜。通过傅里叶红外变换光谱仪、X射线衍射仪进行定性和结构表征。采用SEM观察AL-LDH和LDH的微观结构。力学性能测试结果表明,3%AL-LDH/Pebax的断裂伸长率和拉伸强度分别达到464.7%和18.7MPa,比纯Pebax膜分别提升了66.4%和12.6%。AL-LDH/Pebax的CO₂渗透率最高可达113.60Barrer,比纯膜提高了131%,比LDH/Pebax系列提升了15%,证明AL-LDH能进一步提升混合基质膜的CO₂/N₂分离和选择性。     

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．     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的制备及阻水性能

以石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,采用原位聚合法制备GO/聚酰亚胺酸（PAA）前驱体,GO/PAA前驱体经高温固化处理后得到GO/聚酰亚胺（PI）复合薄膜;采用XRD、Raman、FTIR、AFM等表征手段对GO的结构进行表征;此外,研究了不同固化温度下PI薄膜的结构;最后测试了GO/PI复合薄膜的透湿率和力学性能。结果表明:GO为单层结构,厚度为1.26 nm。GO/PI复合薄膜表现出良好的阻水性能,当GO/PI复合薄膜中GO的添加量为0.025wt%、薄膜厚度为50 μm时,GO/PI复合薄膜的透湿率低至56.7 g（m2·d）-1。此外,0.025wt% GO/PI复合薄膜拉伸强度和断裂伸长率分别为150.8 MPa和13.5%,与PI薄膜（分别为126.9 MPa和8.1%）相比,分别增加了18.8%和66.7%。      

PI/ZIF-8杂化膜的制备及CO_2/N_2分离性能研究

以BTDA-ODA型聚酰亚胺为基质膜材料,2-甲基咪唑锌(ZIF-8)为掺杂剂,制备了聚酰亚胺基杂化膜(PI/ZIF-8)。运用FT-IR、XRD、SEM和EDS等表征方法,对ZIF-8含量不同的杂化膜的化学结构和微观结构进行了分析,并对杂化膜进行了CO_2和N_2单一气体渗透测试。结果表明,ZIF-8与PI两相完全相容且杂化膜对CO_2表现出很高的渗透选择性。当ZIF-8质量分数为7%(PI/7Z)时,CO_2的渗透系数为2.79×10~(-9) mol·m~(-2)s~(-1)Pa~(-1),相应的CO_2/N_2理想选择性系数达到最大值13.6,远大于努森扩散的分离系数0.79。