本文關(guān)鍵詞：凝膠膜的制備及其氣體滲透分離性能研究

  更多相關(guān)文章： 熱致相分離 聚醚嵌段酰胺 乙二醇苯醚醋酸酯 二醋酸算纖維素 氣體分離

【摘要】：隨著社會不斷的發(fā)展,人類對于生活質(zhì)量特別是空氣質(zhì)量的要求越來越高,綠色生活環(huán)境也越來越受到青睞,面對溫室效應(yīng)這一全球問題的不斷惡化,CO_2的分離、脫除則顯得格外重要。目前迫在眉睫的是怎樣開發(fā)高效的CO_2分離技術(shù)去降低二氧化碳對環(huán)境的污染,然而社會上應(yīng)用尤為突出的是膜技術(shù),氣體分離膜技術(shù)在1970年逐漸興起并達(dá)到了工業(yè)化。隨著科技的進(jìn)步,大量新型的分離膜也不斷涌現(xiàn),近幾年來,凝膠膜因其在氣體滲透分離方面有著獨(dú)特的性能優(yōu)勢逐漸成為了科研熱點,比如它的固-液網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),極大地提高了分離性能,其中,液態(tài)介質(zhì)散布在固態(tài)的網(wǎng)絡(luò)體系中,對氣體的滲透選擇提供了優(yōu)先通道,而固態(tài)的結(jié)晶骨架結(jié)構(gòu)給凝膠膜提供了一定的力學(xué)支撐。對于凝膠膜的制備來說,液態(tài)介質(zhì)和聚合物基底的選取至關(guān)重要。本文分別選用乙二醇苯醚(EPH)和乙二醇苯醚醋酸酯(EPA)作為凝膠介質(zhì),彈性高分子聚醚嵌段酰胺(PEBA1657)和二醋酸纖維素(CA)為凝膠膜的基底,通過用熱致相分離法(TIPS)和溶劑揮發(fā)法(SE)制成聚合物/凝膠介質(zhì)系列凝膠膜,并對其改性制成復(fù)合膜,全文研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)以熱致相分離法和溶劑揮發(fā)法制備了PEBA1657/EPA凝膠膜,考察了兩種制備方法以及在凝膠介質(zhì)EPA不同添加量下對膜的氣體分離能力、膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。實驗結(jié)果指出兩種方法制備的凝膠膜在性能上各有優(yōu)缺點,都有著較好的CO_2/N2分離能力,EPA的添加比例上升時,凝膠膜的滲透通量隨之增加。其中,在溶劑揮發(fā)法中,CO_2/N2選擇性系數(shù)在EPA含量為40wt%時達(dá)到165,當(dāng)EPA添加量增大至60wt%時,膜的CO_2滲透通量達(dá)到881.0Barrer,超過了Robeson上限,但其膜的穩(wěn)定性比起熱致相分離法制備的的膜較弱且EPA的揮發(fā)損失量較高。(2)通過熱致相分離法在不同的冷卻溫度下制備了不同凝膠介質(zhì)的PEBA1657/EPA、PEBA1657/EPH凝膠膜。根據(jù)實驗結(jié)果可以得知冷卻溫度的提升促使?jié)B透系數(shù)增大,且凝膠膜PEBA1657/EPA-60的力學(xué)性能和穩(wěn)定性都高于PEBA1657/EPH-60膜,DSC和偏光顯微鏡分析顯示其結(jié)晶度較小從而有利于氣體滲透通過,顯示出EPA分子作為凝膠介質(zhì)的優(yōu)勢所在。(3)利用分子間氫鍵作用力支撐凝膠體系,選用低結(jié)晶度的二醋酸纖維素作為凝膠基底,以EPH作為功能液體成功制備了CA/EPH凝膠膜。經(jīng)膜表征、測試分析可知EPH的介入,減少了二醋酸纖維素原本少量的結(jié)晶度從而增大了膜內(nèi)利于氣體滲透的無定形區(qū)域,當(dāng)其添加比例在40wt%時,CO_2/N2的滲透選擇性提高到90.92,CO_2滲透通量達(dá)到178.66 Barrer。(4)為了提高CA/EPH凝膠膜中EPH的添加量和其力學(xué)拉伸性能,對CA/EPH凝膠膜進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)改性成復(fù)合膜,分析顯示改性后膜的穩(wěn)定性和力學(xué)性能得以提升,同時功能載體EPH的添加量也有所上升,但是復(fù)合膜的氣體滲透能力急劇降低,這對課題下一步實驗的進(jìn)行指明了研究方向。
【關(guān)鍵詞】：熱致相分離 聚醚嵌段酰胺 乙二醇苯醚醋酸酯 二醋酸算纖維素 氣體分離
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 CO_2分離的意義11
• 1.2 CO_2分離工藝的分類與特征11-13
• 1.2.1 低溫精餾法11-12
• 1.2.2 吸收法12
• 1.2.3 變壓吸附法12
• 1.2.4 膜分離法12-13
• 1.3 氣體分離膜技術(shù)的概述13-16
• 1.3.1 多孔膜中氣體的滲透機(jī)理13-14
• 1.3.2 非多孔膜中氣體的滲透機(jī)理14-16
• 1.4 氣體分離膜的結(jié)構(gòu)及性能16-18
• 1.4.1 氣體分離膜結(jié)構(gòu)16
• 1.4.2 氣體分離膜的性能16-18
• 1.5 氣體分離膜的分類18-21
• 1.5.1 有機(jī)高分子膜18-20
• 1.5.2 無機(jī)膜材質(zhì)20
• 1.5.3 促進(jìn)傳遞膜20
• 1.5.4 凝膠膜20-21
• 1.6 凝膠膜的制備方法21-23
• 1.6.1 溶劑揮發(fā)法21-22
• 1.6.2 熱致相分離法22-23
• 1.7 立題依據(jù)及課題內(nèi)容23-24
• 1.7.1 立題的依據(jù)23
• 1.7.2 課題內(nèi)容23-24
• 第二章 實驗部分24-32
• 2.1 實驗材料及儀器24-25
• 2.1.1 實驗材料及試劑24
• 2.1.2 實驗儀器及設(shè)備24-25
• 2.2 膜的制備25-26
• 2.2.1 PEBA 1657純膜的制備25
• 2.2.2 不同方法下凝膠膜的制備25-26
• 2.2.3 溶劑揮發(fā)法制備醋酸纖維素/乙二醇苯醚（CA/EPH）凝膠膜26
• 2.2.4 CA/EPH界面交聯(lián)復(fù)合膜的制備26
• 2.3 膜材料的表征26-28
• 2.3.1 膜外觀形貌的觀測26-27
• 2.3.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）27
• 2.3.3 紅外光譜（FT-IR）分析27
• 2.3.4 微觀晶體形貌（POM）表征27
• 2.3.5 密度分析27
• 2.3.6 X射線衍射圖譜分析27
• 2.3.7 原子力顯微鏡分析（AFM）27-28
• 2.4 膜的熱性能分析28
• 2.4.1 熱重（TGA）分析28
• 2.4.2 差示掃描量熱（DSC）分析28
• 2.5 膜的機(jī)械性能測定28-29
• 2.6 凝膠膜穩(wěn)定性的測定29
• 2.7 膜的氣體滲透性能研究29-32
• 2.7.1 膜的吸附性能29-30
• 2.7.2 氣體滲透性能測定30-32
• 第三章 不同方法制備PEBA1657/EPA凝膠膜及其CO_2/N_2滲透性能分析32-49
• 3.1 引言32-33
• 3.2 熱致相分離法（TIPS）制備凝膠膜的表征與性能分析33-40
• 3.2.1 熱可逆凝膠形成33-34
• 3.2.2 膜外觀形貌34
• 3.2.3 熱性能分析34-36
• 3.2.4 紅外光譜分析(FT-IR)36-37
• 3.2.5 掃描電鏡分析37
• 3.2.6 機(jī)械性能分析37-38
• 3.2.7 密度分析38-39
• 3.2.8 PEBA 1657/EPA凝膠膜的CO_2/N_2滲透性能研究39-40
• 3.3 溶劑揮發(fā)法（SE）制備凝膠膜的表征與性能分析40-45
• 3.3.1 溶劑揮發(fā)法制備PEBA 1657/EPA凝膠膜工藝流程40
• 3.3.2 凝膠膜的熱性能分析40-41
• 3.3.3 掃描電鏡分析41-42
• 3.3.4 紅外波譜分析42
• 3.3.5 密度分析42-43
• 3.3.6 機(jī)械性能的表征43-44
• 3.3.7 溶劑揮發(fā)法制備凝膠膜的CO_2/N_2滲透性能研究44-45
• 3.4 不同方法制備凝膠膜的綜合性能分析45-47
• 3.4.1 穩(wěn)定性測試45-46
• 3.4.2 熱穩(wěn)定性分析46
• 3.4.3 PEBA 1657/EPA凝膠膜的氣體分離性能綜合評價46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第四章 不同的凝膠介質(zhì)、冷卻溫度下制備凝膠膜及其CO_2/N_2滲透性能研究49-60
• 4.1 引言49
• 4.2 凝膠膜中凝膠介質(zhì)的作用機(jī)理49-50
• 4.3 PEBA1657/EPA、PEBA1657/EPH凝膠膜的表征分析50-58
• 4.3.1 凝膠動力學(xué)分析50-51
• 4.3.2 DSC熱性能分析51-52
• 4.3.3 偏光顯微鏡分析52-53
• 4.3.4 機(jī)械性能分析53-55
• 4.3.5 穩(wěn)定性能測試55-56
• 4.3.6 PEBA1657/EPA、PEBA1657/EPH凝膠膜的吸附性能分析56-57
• 4.3.7 不同冷卻溫度、不同凝膠介質(zhì)對凝膠膜的CO_2/N_2滲透性能影響57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 CA/EPH凝膠膜及其交聯(lián)復(fù)合膜的制備與氣體分離性能的研究60-72
• 5.1 引言60-61
• 5.2 CA/EPH凝膠膜的研究結(jié)果與討論61-66
• 5.2.1 膜掃描電鏡（SEM）分析61
• 5.2.2 膜XRD圖譜分析61-62
• 5.2.3 機(jī)械性能分析62
• 5.2.4 原子力顯微鏡分析62-63
• 5.2.5 凝膠膜的全反射紅外分析63-64
• 5.2.6 EPH含量對CO_2/N_2滲透分離性能的影響64-65
• 5.2.7 CA/EPH凝膠膜的氣體分離性能評價65-66
• 5.3 CA/EPH交聯(lián)復(fù)合膜的性能研究66-71
• 5.3.1 交聯(lián)反應(yīng)的機(jī)理66
• 5.3.2 紅外光譜分析66-67
• 5.3.3 復(fù)合膜的掃描電鏡（SEM）分析67
• 5.3.4 機(jī)械性能分析67-69
• 5.3.5 膜的穩(wěn)定性能分析69
• 5.3.6 CA /EPH交聯(lián)復(fù)合膜對CO_2/N_2氣體滲透性能影響69-71
• 5.4 本章結(jié)論71-72
• 第六章 全文結(jié)論及展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 附錄:作者在攻讀碩士學(xué)位期間研究成果79

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本文編號：702021