本文關鍵詞：星形PEO膜材料及其復合膜的制備及性能研究

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【摘要】：聚環(huán)氧乙烷膜材料(PEO)具有高CO2滲透性和高的CO2/light gases溶解選擇性。環(huán)氧乙烷中的醚氧基團被認為是具有很高溶解選擇性的官能團,它與C02之間具有很強的相互作用。因為聚合物中醚氧鍵的柔韌性的本質(zhì),能夠形成低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,高活動性的橡膠材料展現(xiàn)出高的氣體擴散性,這也有助于高的氣體的滲透性。本文首先以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)為單體,分別以雙季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)和雙季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)為交聯(lián)劑,通過自由基光聚合制備了一系列的交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷膜材料。并通過紅外光譜、差示掃描量熱法、廣角X射線衍射等測試,對其物理性能進行表征,通過滲透儀對其滲透性能進行測試,探索最佳比例的膜材料。結果表明,DPPA/PEGMEA-20 (DPPA/PEGMEA=20:80)膜具有較高的CO2滲透性,其滲透值為681.50 Barrer,同時CO2/N2, CO2/CH4 和 CO2/H2理想選擇性為45.01,12.74和8.95;DPHA/PEGMEA-3 (DPHA/PEGMEA=3：97)膜具有較高的C02滲透性,其滲透值為1110.89Barrer,同時CO2/N2, CO2/CH4和CO2/H2理想選擇性為42.84,13.30和10.93,且在兩種組成的膜中,CO2/N2的選擇性均超過了Robeson上限。一方面,在DPPA/PEGMEA中,選擇最佳組成DPPA/PEGMEA-20 (DPPA/PEGMEA=20:80)o在預聚液中加入乙酸乙酯溶劑,并改變組成中的交聯(lián)劑,研究預聚液中的組成對常用基膜的影響。結果表明,這些常用基膜不能作為基膜使用。另一方面,我們制備了不同種類的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)基膜,并測試其滲透速率。在DPHA/PEGMEA中,選擇最佳組成DPHA/PEGMEA-3 (DPHA/PEGMEA=3:97)為涂層液,以PEGDA/PEG400(70/30)膜為基膜,涂層后,采用自由基光聚合制備復合膜,并對其滲透性能進行研究。結果表明,在Com-PEGDA/PEG400(70/30)復合膜中,得到的最大CO2滲透速率為2061.21 GPU, CO2/N2選擇性為39.22。
【關鍵詞】：CO_2分離膜 聚環(huán)氧乙烷膜 復合膜 光聚合
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 CO_2分離的背景11
• 1.2 CO_2分離的方法11-13
• 1.2.1 溶劑吸收法11-12
• 1.2.2 低溫精餾法(深冷分離法)12
• 1.2.3 變壓吸附法(PSA)12
• 1.2.4 膜法分離及應用12-13
• 1.2.4.1 CO_2的分離和回收12-13
• 1.2.4.2 H_2的分離和回收13
• 1.2.4.3 空氣中的氧、氮分離13
• 1.3 氣體分離膜綜述13-19
• 1.3.1 體膜分離原理13-15
• 1.3.1.1 多孔膜的擴散機理13-14
• 1.3.1.2 非多孔膜的擴散機理14-15
• 1.3.2 膜性能15-17
• 1.3.2.1 滲透性和選擇性15-16
• 1.3.2.2 溶解性16
• 1.3.2.3 擴散性16-17
• 1.3.3 制備工藝17-18
• 1.3.4 復合膜18-19
• 1.4 膜材料19-26
• 1.4.1 PEG液膜22
• 1.4.2 PEO共混膜22-23
• 1.4.3 PEO共聚膜23-25
• 1.4.4 PEO交聯(lián)膜25-26
• 1.5 星形聚合物和光固化26-27
• 1.6 本文研究內(nèi)容及意義27-29
• 第二章 DPPA/PEGMEA、DPHA/PEGMEA膜的制備及性能表征29-47
• 2.1 實驗原料及設備29
• 2.2 DPPA/PEGMEA和DPHA/PEGMEA膜材料的制備29-31
• 2.3 表征方法及性能測試31-33
• 2.3.1 物理特性31-32
• 2.3.1.1 紅外光譜分析(FTIR)31
• 2.3.1.2 差示掃描量熱法測試(DSC)31
• 2.3.1.3 廣角X射線衍射(WAXD)31
• 2.3.1.4 膜厚測試31
• 2.3.1.5 密度測試31-32
• 2.3.2 滲透性能測試32-33
• 2.4 DPPA/PEGMEA-XX膜材料的結果與討論33-39
• 2.4.1 物理特性33-35
• 2.4.1.1 紅外光譜分析33-34
• 2.4.1.2 差示掃描量熱法測試分析34-35
• 2.4.1.3 廣角X射線衍射35
• 2.4.2 聚合物的組成對氣體滲透性能的影響35-38
• 2.4.2.1 擴散性35-36
• 2.4.2.2 溶解性36-37
• 2.4.2.3 滲透性37-38
• 2.4.3 溶劑對氣體滲透性能的影響38-39
• 2.5 DPHA/PEGMEA-XX膜材料的結果與討論39-43
• 2.5.1 物理特性39-41
• 2.5.1.1 紅外光譜分析39
• 2.5.1.2 差示掃描量熱法測試分析39-40
• 2.5.1.3 廣角X射線衍射40-41
• 2.5.2 聚合物組成對氣體滲透性能的影響41-43
• 2.5.2.1 擴散性41
• 2.5.2.2 溶解性41-42
• 2.5.2.3 滲透性42-43
• 2.6 本章小結43-47
• 第三章 基膜的制備及性能研究47-59
• 3.1 實驗原料及設備47-48
• 3.2 常用復合膜基膜的制備及性能研究48-55
• 3.2.1 PVDF膜的制備48
• 3.2.2 PEI膜的制備48-49
• 3.2.3 PES膜的制備49
• 3.2.4 PSF膜的制備49-50
• 3.2.5 PAN膜的制備50
• 3.2.6 常用基膜性能的測試50-54
• 3.2.6.1 DPPA對PVDF、PEI、PES、PSF濕膜性能的影響50-51
• 3.2.6.2 DPHA對PES和PAN濕膜性能的影響51-52
• 3.2.6.3 DPPA對PVDF、PES和PSF干膜性能的影響52
• 3.2.6.4 旋涂在PSF和PES基膜上的性能測試52-53
• 3.2.6.5 浸漬對PSF膜性能的影響53
• 3.2.6.6 PEGDA對PSF、PES和PVDF濕膜性能的影響53-54
• 3.2.6.7 PEGDA對PSF和PVDF干膜性能的影響54
• 3.2.7 溶劑對常用基膜的影響分析54-55
• 3.3 PEGDA系列膜的制備及性能測試55-58
• 3.3.1 PEGDA系列膜的制備56
• 3.3.2 基膜滲透速率測試56-57
• 3.3.3 結果與討論57-58
• 3.4 本章小結58-59
• 第四章 復合膜的制備及性能研究59-71
• 4.1 實驗原料及設備59-60
• 4.2 復合膜的制備60
• 4.3 復合膜的表征與性能測試60-61
• 4.3.1 復合膜的氣體滲透速率測試60-61
• 4.3.2 場發(fā)射掃面電鏡分析61
• 4.3.3 原子力顯微鏡分析61
• 4.4 結果與討論61-69
• 4.4.1 Com-PEGDA/PEG400(70/30)膜的性能分析61-65
• 4.4.1.1 滲透速率的分析61
• 4.4.1.2 場發(fā)射掃描電鏡的分析61-64
• 4.4.1.3 原子力顯微鏡的分析64-65
• 4.4.2 基膜對復合膜的性能影響65-69
• 4.4.2.1 滲透速率的分析65-66
• 4.4.2.2 場發(fā)射掃描電鏡的分析66-67
• 4.4.2.3 原子力顯微鏡的分析67-69
• 4.5 本章小結69-71
• 第五章 結論與展望71-73
• 5.1 結論71
• 5.2 展望71-73
• 參考文獻73-81
• 發(fā)表論文和參加科研情況81-83
• 致謝83

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