聚酯基炭分子筛复合膜的制备及气体分离性能研究

以双酚A（BPA）和均苯三甲酰氯（TMC）为单体通过界面聚合的方法在卷式炭膜上合成聚酯,制备了聚酯基炭分子筛复合气体分离膜,考察了界面聚合工艺条件如界面聚合反应时间、有机相及水相单体浓度、热处理时间、不同有机相溶剂及聚合反应次数对复合膜气体分离性能的影响,确定了最佳制备工艺条件.并通过热重（TG）、红外光谱（IR）及扫描电子显微镜（SEM）分析手段对复合膜的热稳定性、分离层的化学结构和表面形貌进行表征与分析.以最佳工艺条件下界面合成制备的聚酯膜经炭化制备了聚酯基复合炭膜,并测试其气体渗透性能,研究表明,在最佳工艺条件下制备的聚合物复合膜,其O₂和N₂的渗透通量分别为6.59×10^-10mol/（m²·s·Pa）和2.92×10^-10mol/（m²·s·Pa）,O₂/N₂的分离系数为2.25;炭化后制备的复合炭膜其O₂和N₂的渗透通量分别增加为3.71×10^-9mol/（m²·s·Pa）和1.19×10^-9mol/（m²·s·Pa）,O₂/N₂的分离系数则提高到3.1 2.     

优先渗透CO_2的TS-1/C杂化功能炭膜的制备研究

以PMDA-ODA型聚酰胺酸为原料,通过掺杂钛硅分子筛(TS-1)制备气体分离用杂化功能炭膜.系统考察了钛硅分子筛(TS-1)掺杂量、炭化温度等因素对功能炭膜气体渗透性和分离性能的影响,利用FT-IR、XRD、TG和TEM等分析手段对TS-1/C杂化原膜及其在不同温度下炭化的炭膜结构和性能进行表征.结果表明:掺杂钛硅分子筛(TS-1)可大幅提高炭膜对CO2的渗透性能;当掺杂质量分数为20%,炭化温度为600℃时,CO2、H2、O2、N2、CH4的渗透系数分别可达9 087Barrer、8 111Barrer、2 017Barrer、426Barrer和357Barrer;当炭化温度为700℃以上时,功能炭膜对各气体的渗透性急剧降低,气体分离性大幅提高.     

PMDA-ODA型聚酰亚胺炭/碳纳米管杂化膜的制备及气体分离性能研究

针对现有气体分离炭膜存在的渗透速率低等问题, 提出并设计在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管, 经高温热解后制备炭/碳纳米管杂化膜. 分别采用透射电镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)和气体渗透实验对炭/碳纳米管杂化膜的微观结构和分离性能进行表征. 实验结果表明, 在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管后, 碳纳米管与炭基体之间形成明显的“界面间隙”, 打破了原有炭膜中由乱层炭构成的无序微孔结构, 重新构建了杂化炭膜的孔隙结构. 与纯炭膜相比, 杂化炭膜的气体渗透速率大幅增加, 其中O₂的渗透速率增大接近4倍(达到1576 Barrer), 而O₂/N₂的分离选择性仅降低17%.     

P25杂化炭膜的制备及其气体分离性能

通过在炭膜前驱体中添加纳米二氧化钛-P25粒子制备了P25杂化炭膜,并采用TG、SEM、TEM、XRD、气体渗透性能测试等表征方法探讨添加P25纳米粒子对杂化炭膜的热解过程、微观结构及气体渗透性能的影响。结果表明,P25纳米粒子的加入提高了聚合物膜的热稳定性;P25粒子因团聚形成一定的堆积间隙并与炭基体形成了界面孔隙。气体渗透性能测试表明,P25的引入显著地提高了气体渗透通量,并随添加量增加提高而更加明显,气体选择性略有降低,分离机理仍以分子筛分为主;炭化终温的提高可以显著增加气体选择性,但气体渗透性有所降低。当P25添加量为20wt%,炭化终温为700℃时,所制备的杂化炭膜其H2、CO2、O2、N2、CH4气体渗透性分别为1769.2、1558.6、410.2、55.5和26.8 Barrer。     

BDAF-PMDA型聚酰亚胺炭膜的制备及其气体分离性能的研究

以2,2-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]六氟丙烷(BDAF)为二胺单体,均苯四酸二酐(PMDA)为二酐单体,采用两步法制备了BDAF-PMDA型聚酰亚胺,进一步高温热解制备炭膜.采用红外、热重、X射线衍射分析其结构变化,并测试炭膜对纯组分及混合气体的渗透性能和分离选择性.结果表明,BDAF-PMDA型炭膜具有较高的气体渗透性,在CO2/H2体系中可优先渗透CO2.提高炭化温度,炭膜孔径减小,气体的渗透性能降低,选择性提高,并使得BDAF-PMDA型炭膜的分离机理由表面扩散为主逐渐变为表面扩散和分子筛分共同控制.