世界經(jīng)濟(jì)日益繁榮和全球人口數(shù)目持續(xù)增長的同時,二氧化碳排放量也正在不斷攀升,這對環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。雪上加霜的是,人類對能源的需求繼續(xù)高漲。就能源可持續(xù)性、選擇性以及其他優(yōu)點而言,膜材料用于二氧化碳捕獲的這一應(yīng)用顯得非常有前景。雖然聚合物膜具有很好的發(fā)展前景,但其也存在一些缺點,例如低穩(wěn)定性,低氣體分離選擇性等。引入晶體多孔骨架材料如金屬有機骨架材料(MOFs)等,可結(jié)合其自身的優(yōu)勢特征實現(xiàn)膜材料的高性能。盡管MOF膜數(shù)量十分豐富,但共價有機骨架材料(COFs)尚未充分探索其膜材料的氣體分離性能。MOFs和COFs在偉制備高質(zhì)量氣體分離膜方面具有巨大的潛力,并且在選擇性和滲透性方面具有出色的表現(xiàn)。該博士論文的目的在于探索基于多孔有機骨架的膜材料在氣體分離應(yīng)用方面的潛質(zhì)以及研究構(gòu)成復(fù)合膜中不同多孔骨架材料之間的協(xié)同作用。值得注意的是,本文所述的復(fù)合膜包括多種均勻連續(xù)的膜材料(在結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性方面有所差異的膜材料),其中復(fù)合膜的選擇性層包括不同孔隙結(jié)構(gòu)的膜材料,以及它們之間相互交織的部分。本文主要包括以下三個部分:第2章描述了利用配體修飾的方法合成的一種基于金屬Zr離子的UiO-66膜材料,以及對此種MOF膜材料的制備方法,結(jié)構(gòu)表征以及氣體分離方面的性能分析。這種膜材料顯示出了很好的氣體分離性能。在第3章中,我們首次提出了在高分辨率透射電子顯微鏡下直接可見的由有序一維通道組成的定向二維COF膜生長于UiO-66材料之上的復(fù)合膜材料,該材料在表現(xiàn)出了優(yōu)秀的H2滲透率(108341 Barrer),并且對H2/CO2混合氣體的選擇性分離比達(dá)到了 32。COF-MOF的協(xié)同作用可以通過中間層的成像以及由傅里葉變換紅外光譜數(shù)據(jù)中鋯陽離子和卟啉的N原子之間的震動吸收來解釋。用于獲得[2D COF]-[MOF]復(fù)合膜的方法是獨創(chuàng)而有意義的。該膜具有極高的氣體分離性能和氣體滲透性。在第4章中,我們提出了在UiO-66膜上生長COF-300膜制備[COF-300]-[UiO-66]復(fù)合膜的構(gòu)想,其對于H2/C02氣體混合物分離效果相對于單一的UiO-66膜材料或COF-300膜材料具有協(xié)同增強的現(xiàn)象。因此,我們可以從構(gòu)思和理論角度選擇合適的多孔框架材料來制備復(fù)合膜材料�？偠灾�,本研究旨在分析基于多孔骨架材料的薄膜的氣體分離性能,以及探索復(fù)合膜中的界面相互作用和層間成像來解釋復(fù)合膜對氣體分離性能的協(xié)同增強作用。該研究涵蓋了基于多孔框架材料的膜的制備方法、協(xié)同作用、表征和分離應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.893
【部分圖文】：

隨后存儲在地質(zhì)結(jié)構(gòu)、海洋等中［８，９］。碳捕獲與封存政策對降低大氣中??ｃｏ２的含量起著至關(guān)重要的作用。二氧化碳捕集有三種方法：后燃、預(yù)燃燒和氧??燃燒。圖１．２＿圖示了后燃、預(yù)燃和氧燃燒ＣＣＳ系統(tǒng)的示意圖。??后燃捕獲二氧化碳：燃燒后捕獲涉及化石燃料燃燒后煙氣中二氧化碳的分離??［１１？。在后燃捕獲之前，像氮氧化物、固體顆粒等污染物可以從化石燃料氣體之??中分離開來［１３］。后燃捕獲的方法通常采用溶劑、吸附、膜、低溫分離、壓力／真??空吸附。燃燒后捕獲可應(yīng)用于化石燃料電廠Ｍ。煙氣中二氧化碳濃度很低??（４－１４％），這對這種類型的捕集造成了一個問題但考慮到它能被改裝，后??燃捕獲是確有發(fā)展前景的［１２＃。??燃燒前二氧化碳捕獲：燃燒前捕獲在燃燒反應(yīng)之前處理二氧化碳的分離??［１５－１７］。首先，利用蒸汽和氧氣完成煤氣化［８夂１７］。由煤氣化產(chǎn)生的合成氣主要含??有ＨｄＰＣＯ，此后，水蒸汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)在蒸汽存在下進(jìn)行，在該蒸汽中ＣＯ轉(zhuǎn)化為??２??

Ｙｅａｒ?（ＧＷＰ１〇〇ＳＡＲ）?（ＧＷＰ１００ＡＲ５）??圖１．?１在１９７０－２０１０年的４０年期間，每年人類排放的溫室氣體有十億公噸??當(dāng)量二氧化碳之多。Ｆ０ＬＵ：林業(yè)和其他土地利用，Ｆ－氣體：《京都議定書》規(guī)定??的氟化氣體。右邊的數(shù)字根據(jù)ＩＰＣＣ第二次評估報告（ＳＡＲ）和ＩＰＣＧ第五次評估??報告（ＡＲ５）的數(shù)值顯示的２０１０年的排放量，使用替代的二氧化碳當(dāng)量排放權(quán)重。??（ＧＷＰ１００）：?１００年全球變暖的可能性。將２０１０年的值再次分解為其分量，其中??誤差棒顯示的相關(guān)不確定性（９０％置信區(qū)間）［５］??１．?１碳捕獲和封存??碳捕獲和封存（ＣＣＳ）是指捕獲和分離二氧化碳，然后將其運輸?shù)较鄳?yīng)的存??儲地點，隨后存儲在地質(zhì)結(jié)構(gòu)、海洋等中［８，９］。碳捕獲與封存政策對降低大氣中??ｃｏ２的含量起著至關(guān)重要的作用。二氧化碳捕集有三種方法：后燃、預(yù)燃燒和氧??燃燒。圖１．２＿圖示了后燃、預(yù)燃和氧燃燒ＣＣＳ系統(tǒng)的示意圖。??后燃捕獲二氧化碳：燃燒后捕獲涉及化石燃料燃燒后煙氣中二氧化碳的分離??［１１？。在后燃捕獲之前，像氮氧化物、固體顆粒等污染物可以從化石燃料氣體之??中分離開來［１３］。后燃捕獲的方法通常采用溶劑、吸附、膜、低溫分離、壓力／真??空吸附。燃燒后捕獲可應(yīng)用于化石燃料電廠Ｍ。煙氣中二氧化碳濃度很低??（４－１４％），這對這種類型的捕集造成了一個問題但考慮到它能被改裝，后??燃捕獲是確有發(fā)展前景的［１２＃。??燃燒前二氧化碳捕獲：燃燒前捕獲在燃燒反應(yīng)之前處理二氧化碳的分離??［１５－１７］。首先

化碳和氫氣在未來人類的發(fā)展過程中有著至關(guān)重要的作用。如何行之有效的控制??二氧化碳的排放和充分利用對環(huán)境友好的氫氣資源已經(jīng)是擺在當(dāng)今科學(xué)工作者??面前的一大難題。開發(fā)新型多孔材料，勢必為全球的發(fā)展帶來裨益。圖１．３［７］展??示了不同類型能源氣體的生產(chǎn)路徑。??４??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 顏正朝,宋軍,林曉,徐南平;沸石分子篩膜的合成與應(yīng)用[J];石油化工;2004年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 戎娟;導(dǎo)向劑法合成低硅鋁比X型分子篩及其應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2007年

本文編號：2877601