膜内介质传递现象

论述了组分在膜分离过程中的传递行为。简要论述了介质通过膜的途径，对膜传递过程中所产生的理论体系进行归纳和解释，并对其内在联系进行总结；最后根据介质与膜的相互关系，把组分在均质膜中的传递过程分为理想扩散过程、弱相互作用扩散过程、强相互作用扩散过程，并分别进行探讨。     

退火预处理对中空纤维炭膜结构和性能的影响

炭膜具有优异的热稳定性、化学稳定性和气体分离性能.以聚酰亚胺中空纤维膜为前驱体，经过T_g附近退火预处理(250、300和350℃),进而高温炭化制备高性能中空纤维炭膜，研究了预处理条件对炭膜结构和气体分离性能的影响.结果表明，当退火预处理温度升高时，中空纤维炭膜的结构更加致密，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性提高，气体通量下降.尤其是当退火预处理温度为350℃时，与未经预处理的中空纤维炭膜相比，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性分别提高了98%和195%.同时，研究了渗透温度和压力对气体分离性能的影响，采用HIM(氦离子电镜)、FTIR和XRD对中空纤维炭膜的结构进行了表征.     

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.     

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.     

聚酰亚胺膜在稀有气体分离中的性能研究

稀有气体通常利用沸点的差异进行深冷分离，相对于这种传统方法，膜技术具有高效、低耗和环保等优异性能.在膜技术中，膜材料的选择及其后处理是影响气体分离效果的重要因素.选择两种不同聚酰亚胺，PI-1 (BTDA-MDA/TDA)和PI-2 (PMDA/BTDA-TDA),研究了其单体结构对于稀有气体分离性能的影响.在此基础上选择性能较为优异的PI-2膜进行不同条件的热处理，研究热处理温度对其气体分离性能的影响.研究发现，通过改变聚酰亚胺的共聚组成，可以调节分离膜的气体选择性与渗透性.热处理会改变膜内分子链堆积、部分膜结构的生成或消失以及去除残余溶剂的塑化作用，进而改变膜的渗透分离性能.通过控制热处理条件，可以使膜的渗透性与选择性同时提升，He渗透系数增加至19.1 Barrer, He/CH₄选择性提高了54%,O₂/Xe选择性提升99%.     

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.     

光还原对固体聚合物电解质膜结构及丙烯/丙烷分离性能的影响

用单侧表面溶液交换法制备PEI/Pebax2533/AgNO3及PEI/Pebax2533/AgBF4复合气体分离膜,研究了光还原对复合膜结构及气体渗透性能的影响.对PEI/Pebax2533/AgBF4 复合膜,光还原使活性载体Ag+浓度降低,对烯烃的促进传递作用减弱,导致丙烯渗透通量以及丙烯/丙烷的选择性明显下降.但光还原对PEI/Pebax2533/AgNO3复合膜的丙烯/丙烷分离性能无显著影响.复合膜中的Ag+被光还原为Ag0,使复合气体分离膜表面变为棕色.还原后的银颗粒含量随着交换溶液银盐浓度的增加而增加,证明交换溶液银盐的浓度明显支配着复合膜中的Ag+负载含量,从而影响膜的分离性能.     

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.     

渗透汽化过程中膜的溶胀行为研究

以壳聚糖和硫酸交联壳聚糖膜为研究对象,详细考察了两种膜在乙醇──水体系中的溶胀特性．实验发现,在溶胀过程中存在强烈的耦合效应．为了分析溶胀过程中的耦合效应,定义了组分在膜中的活度与体积分率的关系,同时,建立了溶胀过程参考态的概念,用以描述单个组分与膜之间相互作用对活度系数的贡献．在溶胀过程中,组分的活度系数相对于参考态活度系数的差异反映了膜内组分间耦合效应的影响．水的溶胀特性基本受控于水与膜之间的相互作用关系,对于乙醇而言,其溶胀特性强烈地受水在膜中溶胀特性的影响．     

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.