發(fā)布時間：2020-10-09 19:53

　　 化石燃料是當(dāng)今最主要的能源來源,但是在石油危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下,我們迫切需要開發(fā)可持續(xù)和清潔的能源。作為一種可再生和可持續(xù)的能源,氫氣可以燃燒而且無污染物排放,以其較高的能量轉(zhuǎn)換效率、高的能量密度(1.43×10~8 J kg~(-1))和最豐富的潛在來源,氫氣將成為未來最具吸引力和發(fā)展前景的能源。蒸汽重整(CH_4+H_2O→CO(CO_2)+H_2)是所有制氫技術(shù)中的主要技術(shù),其原料是甲烷和水蒸氣,而產(chǎn)物不可避免地含有CH_4、CO、CO_2、N_2和H_2O等雜質(zhì)。一般來說,合成氣中H_2的含量一般在60%~80%之間,這取決于原料質(zhì)量和工藝條件。當(dāng)這種方法產(chǎn)生的氫氣應(yīng)用于燃料電池時,雜質(zhì)會引起嚴(yán)重的燃料電池催化劑中毒。為了增加H_2的熱值,還必須除去蒸汽流中的其他成分。因此,從雜質(zhì)中提純氫氣是極其重要的。膜分離技術(shù)是一種高效節(jié)能、低成本的實(shí)現(xiàn)氣體分離的方法,而其中的混合基質(zhì)膜(將分散相填充于聚合物連續(xù)相中制備的復(fù)合膜)能夠同時具備填充物(如金屬有機(jī)骨架材料)的能夠根據(jù)孔徑大小篩分氣體分子的性質(zhì)以及聚合物機(jī)械加工性能好的特點(diǎn),在氣體分離的工業(yè)應(yīng)用上極具前景。本文選擇了孔徑介于氮?dú)?3.64?)和氫氣(2.9?)尺寸之間的金屬有機(jī)骨架材料CAU-21-ODB(3.3?),為了制備出高質(zhì)量的混合基質(zhì)膜,對溶劑熱合成方法進(jìn)行了改進(jìn),即采用微波輔助反應(yīng)的方法,成功合成出了尺寸更小、更均勻的材料,通過熱重分析、X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡和氣體吸附測試對材料的穩(wěn)定性和吸附性能進(jìn)行了表征。通過“priming”技術(shù)制備了一系列擔(dān)載量不同的以PIM-1為基質(zhì)的混合基質(zhì)膜,同樣通過以上手段對膜進(jìn)行表征,并分別進(jìn)行了氮?dú)夂蜌錃獾膯谓M分氣體滲透測試、雙組份氣體分離測試以及重復(fù)性、穩(wěn)定性測試,得到了十分理想的效果。在制備的這一系列混合基質(zhì)膜中,氣體分離測試表明其中分離效果最好的為擔(dān)載量為15.2 wt%的膜。它的氫氣滲透量可以達(dá)到7200 Barrer左右,單組份氣體滲透測試結(jié)果顯示其理想分離比達(dá)到39,在氫氣氮?dú)怆p組份分離測試中選擇性為127左右。這既體現(xiàn)了超微孔金屬有機(jī)骨架材料CAU-21-ODB帶來的高選擇性,也體現(xiàn)了聚合物PIM-1作為基質(zhì)高滲透量的特點(diǎn);除此之外,在循環(huán)測試中,膜的分離性能展現(xiàn)出了超高的穩(wěn)定性�？傮w來看,分離性能在2008年報道的Robeson曲線上方,是目前同類型混合基質(zhì)膜中綜合性能最優(yōu)異的,是一種在實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)中極具應(yīng)用前景的材料。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.893;TQ116.2
【部分圖文】：

圖 1.1 經(jīng)典無機(jī)多孔固體和雜化多孔固體的結(jié)構(gòu)對比備微孔固體的方法涉及金屬離子與有機(jī)配體的配位，從而這類材料有著悠久的歷史，例如過渡金屬氰化物（早期，普魯士藍(lán)型結(jié)構(gòu)和沃納配合物）和類似金剛石的雙（己多孔固體產(chǎn)生于有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)之間的反應(yīng)，以建立包，只通過強(qiáng)鍵連接在一起，這一點(diǎn)與超分子化學(xué)是不一樣固體和雜化多孔固體之間沒有差別，如圖 1.1。實(shí)際上，由次級結(jié)構(gòu)單元（SBU）組成的[8]。然而，無機(jī) SBU 只含lO4等四面體，與四、五或六配位的金屬離子連接），而在有機(jī)配體所取代，形成了在骨架內(nèi)的鍵的不同：主要是有子共價鍵。此外，就多孔性質(zhì)而言，必須優(yōu)先選擇可以確保具有開放骨架的材料具有剛性拓?fù)洹?

1.1 經(jīng)典無機(jī)多孔固體和雜化多孔固體的結(jié)構(gòu)對孔固體的方法涉及金屬離子與有機(jī)配體的配位，從材料有著悠久的歷史，例如過渡金屬氰化物（早魯士藍(lán)型結(jié)構(gòu)和沃納配合物）和類似金剛石的雙固體產(chǎn)生于有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)之間的反應(yīng)，以建立通過強(qiáng)鍵連接在一起，這一點(diǎn)與超分子化學(xué)是不和雜化多孔固體之間沒有差別，如圖 1.1。實(shí)際上級結(jié)構(gòu)單元（SBU）組成的[8]。然而，無機(jī) SBU 四面體，與四、五或六配位的金屬離子連接），配體所取代，形成了在骨架內(nèi)的鍵的不同：主要是共價鍵。此外，就多孔性質(zhì)而言，必須優(yōu)先選擇可具有開放骨架的材料具有剛性拓?fù)洹?

圖 1.3 多孔固體材料的一般分類 1.3 顯示了多孔固體的一般分類，以及典型的 MOFs 建造過程。MOFs 最象之一是它的孔隙度，這使其成為一種性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)多孔材料的新型。由于其在結(jié)構(gòu)和性能上的規(guī)律性、剛性/靈活性、多樣性和可設(shè)計(jì)性，M能夠達(dá)到或超過許多現(xiàn)有技術(shù)的先進(jìn)多孔材料。與傳統(tǒng)的無機(jī)多孔固體和無機(jī)和有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生多孔材料的多樣性是驚人的，在過去 20 年中，關(guān)于[16, 17]

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2 李佳豪;李奕帆;;面向CO_2捕集的離子型混合基質(zhì)膜[J];山東化工;2019年08期

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6 趙丹;任吉中;李暉;張立秋;李新學(xué);鄧麥村;;Pebax/SAPO-34混合基質(zhì)膜的制備及性能研究[J];膜科學(xué)與技術(shù);2014年05期

7 豐曄;張金明;張軍;;纖維素醋酸丁酸酯/碳納米管混合基質(zhì)膜的氣體分離性能[J];高分子學(xué)報;2015年12期

8 馮雨軒;耿康;曹凱鵬;;混合基質(zhì)膜在CO_2氣體分離中的研究進(jìn)展[J];高分子通報;2018年08期

9 段翠佳;曹義鳴;介興明;王麗娜;袁權(quán);;金屬有機(jī)骨架材料/聚酰亞胺混合基質(zhì)膜的制備及氣體分離性能[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2014年07期

10 熊猛,艾玉峰,魯開化,郭樹忠,王

本文編號：2834126