本文選題：雜化膜 + 金屬有機(jī)框架材料�。� 參考：《天津大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：近年來(lái),空氣污染問(wèn)題已成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題,車(chē)用燃油脫硫是降低空氣污染物排放量的有效手段之一。滲透蒸發(fā)脫硫過(guò)程具有效率高、能耗物耗低、環(huán)境友好等特點(diǎn),具有良好應(yīng)用前景。滲透蒸發(fā)脫硫過(guò)程是高溶脹性有機(jī)小分子混合物分離的典型過(guò)程,開(kāi)發(fā)兼具高滲透性、高選擇性、高穩(wěn)定性的膜材料是實(shí)現(xiàn)滲透蒸發(fā)脫硫過(guò)程高效強(qiáng)化的關(guān)鍵,然而現(xiàn)有的膜材料難以滿足前述需求。本研究面向清潔燃油生產(chǎn)的重大需求,設(shè)計(jì)制備一系列兼具高滲透性、高選擇性、高穩(wěn)定性的高分子-金屬有機(jī)框架材料(MOF)雜化膜,調(diào)控構(gòu)效關(guān)系,實(shí)現(xiàn)模擬汽油脫硫過(guò)程的高效強(qiáng)化,以期為高性能脫硫膜材料的開(kāi)發(fā)提供理論與技術(shù)層面的參考。1.為調(diào)控膜的自由體積特性并利用MOF的規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)提高膜的滲透性,將具有發(fā)達(dá)孔道結(jié)構(gòu)的MIL-101引入聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜基質(zhì)制備了雜化膜。MIL-101通過(guò)干擾PDMS鏈段排布提高膜的自由體積分?jǐn)?shù),提高膜的滲透性,并在膜內(nèi)提供了低阻力傳質(zhì)通道。所制備的雜化膜與PDMS空白膜相比,滲透通量與富集因子分別提高136%與38%。2.為調(diào)控高分子-填充劑界面,將負(fù)載Cu(II)的UiO-67-bpydc引入PDMS膜基質(zhì)制備了雜化膜。負(fù)載的Cu(II)可改變UiO-67-bpydc的結(jié)構(gòu),影響高分子-填充劑界面附近高分子鏈段的排布,提高膜的滲透性。所制備的雜化膜與不負(fù)載Cu(II)的PDMS-UiO-67-bpydc雜化膜相比,滲透通量提高54%,選擇性未見(jiàn)顯著變化;與PDMS空白膜相比,滲透通量與選擇性分別提高74%與10%。3.為明確MOF的孔道與通過(guò)干擾高分子鏈段排布提高膜自由體積分?jǐn)?shù)這兩種因素各自對(duì)膜滲透性提高的貢獻(xiàn),并在滲透蒸發(fā)模擬汽油脫硫過(guò)程中引入促進(jìn)傳遞機(jī)制,實(shí)現(xiàn)膜分離過(guò)程的溶解選擇性、擴(kuò)散選擇性、反應(yīng)選擇性的協(xié)同優(yōu)化,將具有空金屬活性位的CuBTC(HKUST-1)與參照物閉孔CuBTC分別引入PDMS基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC的空金屬活性位發(fā)揮促進(jìn)傳遞作用。所制備的填充CuBTC與閉孔CuBTC的雜化膜與空白膜相比,標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相互作用,提高膜的滲透性,將CuBTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過(guò)干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來(lái)調(diào)控膜結(jié)構(gòu),提高膜的滲透性與穩(wěn)定性;通過(guò)促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比,滲透通量與富集因子分別提高36%與11%,且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
[Abstract]:In recent years, air pollution has become a hot issue in the whole society, and vehicle fuel desulfurization is one of the effective means to reduce the emissions of air pollutants. The process of osmotic evaporation desulphurization has the advantages of high efficiency, low energy consumption and environmental friendliness, so it has a good prospect of application. The process of osmotic evaporation desulfurization is a typical process of separation of high swelling organic small molecule mixtures. The development of membrane materials with high permeability, high selectivity and high stability is the key to realize the high efficiency strengthening of osmotic evaporation desulfurization process. However, the existing membrane materials are difficult to meet the above requirements. In this study, a series of MOF hybrid membranes with high permeability, high selectivity and high stability were designed to control the structure-activity relationship for the important demand of clean fuel production. In order to provide theoretical and technical reference for the development of high performance desulfurization membrane materials, the simulated gasoline desulfurization process can be strengthened efficiently. In order to control the free volume characteristics of the membrane and improve the permeability of the membrane by using the regular pore structure of MOF, The hybrid membrane, MIL-101, was prepared by introducing MIL-101 with developed pore structure into polydimethylsiloxane (MIL-101) membrane matrix. The hybrid membrane. MIL-101 improved the free volume fraction and permeability of the membrane by interfering with the arrangement of PDMS segments, and provided a low resistance mass transfer channel in the membrane. Compared with the PDMS blank membrane, the permeation flux and enrichment factor of the hybrid membrane were increased by 13.6% and 38.2, respectively. In order to control the polymer-filler interface, the hybrid membrane was prepared by introducing the UiO-67-bpydc loaded with Cu II into the substrate of PDMS membrane. The structure of UiO-67-bpydc can be changed by supported Cui II, and the arrangement of polymer chain near the polymer filler interface can be affected, and the permeability of the membrane can be improved. The osmotic flux of the hybrid membrane was increased by 54% and the selectivity of the hybrid membrane was increased by 74% and 10. 3%, respectively, compared with that of the unloaded PDMS-UiO-67-bpydc hybrid membrane, and the osmotic flux of the hybrid membrane was increased by 74% and 10. 3%, respectively, compared with that of the PDMS blank membrane. In order to clarify the contribution of the pore channel of MOF and the increase of free volume fraction of membrane by interfering with the arrangement of polymer chain, the mechanism of promoting transport was introduced in the process of desulfurization of simulated gasoline by permeation evaporation. The solution selectivity, diffusion selectivity and reaction selectivity of membrane separation process were optimized. The empty metal active sites of the hybrid film. CuBTC were prepared by introducing the closed pore CuBTC into the PDMS substrate. The active site of the hybrid film. CuBTC played a role in promoting the transfer. Compared with the blank membrane, the standard osmotic flux and enrichment factor of the hybrid membrane filled with CuBTC and closed pore CuBTC were increased by 100% and 75%, respectively. In order to regulate the interaction between polymer segments and improve the permeability of the membrane, the hybrid membrane 路CuBTC was prepared by introducing CuBTC into the Pebax2533 membrane matrix to regulate the membrane structure by interfering the interaction between the polymer segments and forming a hydrogen bond with the polymer segment. The permeability and stability of the membrane were improved, and the selectivity of the membrane was improved by promoting the transport. The permeation flux and enrichment factor of the hybrid membrane were increased by 36% and 11%, respectively, compared with the Pebax blank membrane, and the separation performance of the hybrid membrane at higher operating temperature was more competitive.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE624.5;TQ051.893

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本文編號(hào)：1798640