中空纖維氣體分離膜作為一種能耗小、成本低的新型分離方法,受到了國(guó)內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。使用聚酰亞胺作為中空纖維氣體分離膜的制備材料,可以使分離膜具有良好的氣體分離選擇性,尤其可提升對(duì)于CO2/CH4體系的分離性能。目前,聚酰亞胺中空纖維氣體分離膜已在德國(guó)等一些國(guó)家得到了應(yīng)用,但是我國(guó)聚酰亞胺中空纖維氣體分離膜的相關(guān)研究進(jìn)度相對(duì)緩慢。如何解決氣體分離膜氣體滲透性與選擇性之間此消彼長(zhǎng)的矛盾也是一個(gè)重要的課題。針對(duì)這些問題,本文從聚酰亞胺的合成出發(fā),用γ射線輻照研究提高聚酰亞胺氣體分離膜分離性能,并采用干-濕相轉(zhuǎn)變法進(jìn)行聚酰亞胺中空纖維膜的制備工藝研究,考察制備聚酰亞胺中空纖維膜過程的工藝參數(shù)對(duì)膜結(jié)構(gòu)的影響,并對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化,制備出結(jié)構(gòu)致密的聚酰亞胺中空纖維膜。本文以N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）為溶劑,利用3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐（BTDA）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）進(jìn)行三元共聚,通過紅外光譜對(duì)聚酰亞胺的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,采用熱失重分析儀分析了合成的聚酰亞胺的耐熱性,研究了反應(yīng)過程中的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)三元共聚聚酰亞... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２中空纖維膜示意圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ?ｆｉｂｅｒ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???象與液相進(jìn)而凝固，溶劑與非溶劑產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象，發(fā)生液－液或固－液相分離，分??離后富集相部分構(gòu)成膜的主體，其余則形成支撐膜的指狀孔洞等結(jié)構(gòu)，此法制備??的中空纖維膜常見的結(jié)構(gòu)如圖１－４所示，由圖中膜的結(jié)構(gòu)可看出膜的致密層與指??狀孔結(jié)構(gòu)的支撐層。??圖１－４干－濕法制備的中空纖維膜常見的結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｍｍｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ?ｆｉｂｅｒ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?ｄｒｙ－ｗｅｔ?ｍｅｔｈｏｄ??Ｃｈａｔｚｉｄａｋｉ［２４］通過將聚合物溶解在ＮＭＰ通過干－濕法來制備新的聚酰亞胺－聚??苯胺中空纖維。通過ＳＥＭ和ＴＧＡ檢測(cè)纖維的形態(tài)和熱性質(zhì)，并使用ＦＴ１Ｒ光譜??法研宄它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)。進(jìn)行不同氣體（Ｈ２，?Ｈｅ，?Ｃ０２，?ＣＨ４，０２和叫）的滲??透性和選擇性測(cè)量，以評(píng)估膜在氣體分離應(yīng)用中的性能。ＴＡＮＩＨＡＲＡＮ〇Ｚ〇ｍｕ［２５］??等研宄了?ＢＰＤＡ型的聚酰亞胺中空纖維膜在不同氣體的滲透性和選擇性測(cè)量。??Ｋｚａｍａ等［２６］采用干－濕法紡絲制備了聚酰亞胺中空纖維氣體分離膜，分析了其氣??體分離性能和形態(tài)。??采用溶液法中的干－濕法紡絲能較有效地控制纖維的結(jié)構(gòu)形成過程。本實(shí)驗(yàn)??制備的聚酰亞胺（ＰＴ）中窄纖維氣休分離膜即使用此法，制濟(jì)流程如圖１－５所示。??干－濕紡時(shí)，正在被拉伸中的纖維進(jìn)入凝固浴，凝固速度和纖維結(jié)構(gòu)可通過調(diào)節(jié)??凝固浴組成和溫度從而發(fā)生較大的改變［２７＝８］。干－濕法制備ＰＩ中空纖維膜示意圖??如圖１－６所示。??１０??

的種類多達(dá)１０００多種。同時(shí)聚酰亞胺在合成上具有多條途徑因此可??以根據(jù)多種應(yīng)用目的進(jìn)行選擇。使用芳香二胺和芳香二酐反應(yīng)得到聚酰亞胺是常??見的合成方法，由于相對(duì)簡(jiǎn)單高效的工藝路線，使得其在工業(yè)上有較大的應(yīng)用前??景。聚酰亞胺的合成根據(jù)工藝條件的不同，有“一步法”和“兩步法”兩種不同??的合成方案。??“兩步法”是指在極性有機(jī)溶劑中，二酐單體與二胺單體在非質(zhì)子極性溶??劑例如ＤＭＡｃ中，進(jìn)行低溫縮聚反應(yīng)，得到聚酰胺酸（ＰＡＡ）溶液，之后再通??過亞胺化反應(yīng)生成聚酰亞胺。合成反應(yīng)式如圖１－９所示。??〇?９?／＝＼?〇??ＸＸ／?＋?—?ｋＸｎ－〇Ｈ?—＂??Ｏ?０?〇??圖１－９聚酰亞胺二步法合成示意圖??Ｆｉｇ．?１－９?Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ?ｔｗｏ－ｓｔｅｐ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｄｉａｇｒａｍ??這種方法的優(yōu)點(diǎn)是前驅(qū)體ＰＡＡ能溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，為合成制造了有利??條件。另外，合成時(shí)單體原料的選擇種類受限制較小，能根據(jù)應(yīng)用目的在較大的??范圍內(nèi)選擇更適合的反應(yīng)單體。??“一步法”是將合成用的單體通過升溫使其進(jìn)入熔融態(tài)，或者加熱高沸點(diǎn)的??有機(jī)溶劑使溶解在其屮，在此狀態(tài)卜＇直接反應(yīng)生成聚酰業(yè)胺。由于高溫壞境，生??成的前驅(qū)體直接脫水熱酰亞胺化形成聚酰亞胺，再再反應(yīng)中通入Ｎ２等惰性氣體??生成的水分從反應(yīng)容器中帶出，獲得分子量較高的聚合物溶液。但是“一步法”??有明顯得缺點(diǎn)。首先反應(yīng)所采用的溶劑入苯酚、甲酚、鹵代苯等都是有很大的毒??性且通常伴有強(qiáng)烈的刺激性氣味，被限制其廣泛應(yīng)用，而使用其他溶劑代替往往??得不到足夠高相對(duì)分子質(zhì)量的ＰＩ；其次，“一步法”只適合能溶于溶劑的聚酰亞??胺，若其難溶于有機(jī)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚酰亞胺中空纖維膜分離二氧化碳實(shí)驗(yàn)研究[J]. 李鶴,楊博,張春威,王濤,張書勤.  現(xiàn)代化工. 2018(10)
[2]共溶劑對(duì)聚酰亞胺氣體分離膜結(jié)構(gòu)與性能的影響研究[J]. 石川,劉瀟,汪效祖,汪朝暉.  化工新型材料. 2016(05)
[3]含甲苯氧側(cè)基芳香聚酰亞胺三元共聚物合成與性能[J]. 錢勇,許劍平,王春艷.  東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(01)
[4]中空纖維膜的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 劉傳生,李映,陳海燕.  合成技術(shù)及應(yīng)用. 2014(02)
[5]中空纖維膜制備技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 王巖,鄧建綿,劉金盾,張浩勤,李光輝.  工業(yè)安全與環(huán)保. 2012(06)
[6]高性能聚醚酰亞胺中空纖維氣體分離膜的制備與分離性能[J]. 丑樹人,任吉中,李暉,鄧麥村.  膜科學(xué)與技術(shù). 2010(03)
[7]中空纖維膜的現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J]. 顧蓓蓓,胡嘯林.  廣州化工. 2010(06)
[8]聚酰亞胺6FDA-mPDA及其非對(duì)稱中空纖維膜的氣體滲透性能[J]. 丁曉莉,曹義鳴,王麗娜,趙紅永,介興明,袁權(quán).  高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(06)
[9]聚酰亞胺基氣體分離膜的改性方法及其最新進(jìn)展[J]. 黃旭,邵路,孟令輝,黃玉東.  膜科學(xué)與技術(shù). 2009(01)
[10]中空纖維膜制備方法研究進(jìn)展[J]. 胡曉宇,梁海先,肖長(zhǎng)發(fā).  高科技纖維與應(yīng)用. 2009(01)



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