膜技術(shù)是最具發(fā)展前景的CO_2捕集技術(shù)之一,因此,開發(fā)高滲透性、高選擇性、低成本的CO_2分離膜材料則是膜技術(shù)用于CO_2捕集的重要需求。作為一種新型材料,聚醚共聚酰胺是由一定比例的聚醚軟鏈段和聚酰胺硬鏈段共聚而成。然而,傳統(tǒng)的聚醚共聚酰胺塑化現(xiàn)象嚴(yán)重,當(dāng)CO_2在聚合物中的濃度足夠高時(shí),會(huì)增加聚合物的自由體積和鏈段活動(dòng)性,導(dǎo)致膜的分離系數(shù)下降。本文引入哌嗪結(jié)構(gòu)作為硬段,通過(guò)改變軟鏈段和硬鏈段的比例,可以得到一系列具有不同硬度、具有抗塑化性能的聚合物膜材料,從而提高CO_2分離膜的分離性能。為了進(jìn)一步增加膜的滲透性,添加了ZIF-8和MIL-101材料,制備了混合基質(zhì)膜。首先通過(guò)引入哌嗪結(jié)構(gòu)作為硬段,成功合成了這種結(jié)構(gòu)可控的聚醚共聚酰胺。結(jié)果表明,使用PEG 1000(醇胺比為1:3)時(shí),成膜性與分離性能最好。聚醚共聚酰胺膜的氣體滲透性能隨著溫度的升高而升高,隨著壓力的升高而降低,CO_2選擇性能隨著溫度的升高而降低,隨著壓力的升高而降低,體現(xiàn)出材料的抗塑化性能。當(dāng)溫度為65°C時(shí),對(duì)CO_2的滲透率達(dá)到24 barrer,當(dāng)溫度為25°C時(shí),CO_2/N_2的選擇性高達(dá)15。因此,在一定的適宜溫度范圍內(nèi),低溫環(huán)境有利于分離,但高溫環(huán)境有利于氣體滲透。當(dāng)壓力為100 KPa時(shí),CO_2的滲透率達(dá)到6 barrer,CO_2/N_2的選擇性達(dá)到較高值15。為了提高材料對(duì)氣體的滲透性和選擇性,選擇ZIF-8作為摻雜材料,其孔體積為0.63cm~3·g~(-1),比表面積為1630 m~2·g~(-1),孔道直徑為3.4?。在常溫25℃和100 KPa下,當(dāng)摻雜15%的ZIF-8時(shí),制備的膜具有最佳的氣體分離性能。對(duì)CO_2的滲透系數(shù),可達(dá)23barrer,CO_2/N_2的選擇性達(dá)到最大值23,CO_2/CH_4的選擇性達(dá)到最大值16。升溫,滲透性增加,選擇性降低。隨著壓力的增加,各種氣體的滲透率普遍下降,體現(xiàn)了膜材料對(duì)CO_2的抗塑化作用。當(dāng)測(cè)試壓力為100 KPa時(shí),混合基質(zhì)膜擁有較高的選擇性。為了進(jìn)一步的增加膜的滲透性和選擇性,選擇MIL-101作為摻雜材料,其孔體積為2.01 cm~3·g~(-1),比表面積高達(dá)5900 m~2·g~(-1),孔道直徑為29~34?,以自身發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)提高膜的滲透性。在25℃和100 KPa下,MIL-101的摻雜量為15%時(shí),制備的混合基質(zhì)膜表現(xiàn)出最好的氣體分離效果。CO_2的滲透系數(shù)可達(dá)34 barrer,CO_2/N_2的選擇性可接近28,CO_2/CH_4的選擇性可達(dá)最大值17。升高溫度有利于滲透。隨著壓力的升高,滲透性呈普遍下降的趨勢(shì),體現(xiàn)了膜材料對(duì)CO_2的抗塑化作用。在100 KPa時(shí),混合基質(zhì)膜達(dá)到較高的選擇性。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.893
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻(xiàn)綜述
2分離技術(shù)'>    1.1 CO₂分離技術(shù)
2分離膜簡(jiǎn)介'>    1.2 CO₂分離膜簡(jiǎn)介
        1.2.1 高分子膜簡(jiǎn)介
        1.2.2 無(wú)機(jī)膜簡(jiǎn)介
        1.2.3 高分子-無(wú)機(jī)雜化膜簡(jiǎn)介
2分離膜材料研究進(jìn)展'>    1.3 CO₂分離膜材料研究進(jìn)展
        1.3.1 高分子膜研究進(jìn)展
        1.3.2 無(wú)機(jī)膜研究進(jìn)展
        1.3.3 高分子-無(wú)機(jī)雜化膜研究進(jìn)展
    1.4 選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容
2 聚醚共聚酰胺膜的制備與性能研究
    2.1 實(shí)驗(yàn)部分
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和裝置
        2.1.3 聚醚共聚酰胺材料的制備
        2.1.4 膜材料的結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試
    2.2 結(jié)果與討論
        2.2.1 材料的結(jié)構(gòu)表征結(jié)果
        2.2.2 材料結(jié)構(gòu)（軟硬段比例）對(duì)膜性能的影響
        2.2.3 測(cè)試條件對(duì)聚醚共聚酰胺膜性能的影響
    2.3 本章小結(jié)
3 聚醚共聚酰胺/ZIF-8混合基質(zhì)膜的制備及性能研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)部分
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和裝置
    3.2 聚醚共聚酰胺/ZIF-8混合基質(zhì)膜的制備與表征
        3.2.1 ZIF-8的制備
        3.2.2 聚醚共聚酰胺/ZIF-8混合基質(zhì)膜的制備
        3.2.3 聚醚共聚酰胺/ZIF-8混合基質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)表征
        3.2.4 聚醚共聚酰胺/ZIF-8混合基質(zhì)膜的氣體分離性能測(cè)試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 聚醚共聚酰胺/ZIF-8混合基質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)表征結(jié)果
        3.3.2 ZIF-8添加量對(duì)ZIF-8混合基質(zhì)膜分離性能的影響
        3.3.3 測(cè)試條件對(duì)ZIF-8混合基質(zhì)膜分離性能的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 聚醚共聚酰胺/MIL-101混合基質(zhì)膜的制備及性能研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)部分
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和裝置
    4.2 聚醚共聚酰胺/MIL-101混合基質(zhì)膜的制備與表征
        4.2.1 MIL-101的制備
        4.2.2 聚醚共聚酰胺/MIL-101混合基質(zhì)膜的制備
        4.2.3 聚醚共聚酰胺/MIL-101混合基質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)表征
        4.2.4 聚醚共聚酰胺/MIL-101混合基質(zhì)膜的氣體分離性能測(cè)試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 聚醚共聚酰胺/MIL-101混合基質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)表征結(jié)果
        4.3.2 MIL-101添加量對(duì)MIL-101混合基質(zhì)膜分離性能的影響
        4.3.3 測(cè)試條件對(duì)MIL-101混合基質(zhì)膜分離性能的影響
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點(diǎn)及展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 桂霞;姜忠義;湯志剛;吳洪;費(fèi)維揚(yáng);;CO_2吸收富液膜法解吸的研究[J];現(xiàn)代化工;2011年07期

本文編號(hào)：2871190