發(fā)布時(shí)間：2021-07-23 03:43

　　在氧氮分離技術(shù)領(lǐng)域,膜分離技術(shù)具有成本低和節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)。在眾多分離膜材料中,MOFs（金屬有機(jī)骨架）混合基質(zhì)膜兼具了聚合物材料良好的機(jī)械性能與MOFs優(yōu)良的氣體分離性能,展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而,傳統(tǒng)的MOFs混合基質(zhì)膜制備方法中MOFs顆粒與聚合物基體之間的相容性較差,而且在MOFs負(fù)載較高的情況下容易產(chǎn)生MOFs的團(tuán)聚,形成非選擇性的界面空隙,導(dǎo)致膜的氣體分離性能和機(jī)械性能變差。為了解決上述問題,本文選用具有合適孔徑和尺寸大小的ZIF-8和高O₂/N₂分離性能的PIM-1聚合物,通過原位生長(zhǎng)法制備了PIM-1/ZIF-8復(fù)合膜和ZIF-8/PIM-1混合基質(zhì)膜,并測(cè)定了膜的物理化學(xué)性質(zhì)及膜的O₂/N₂分離性能:（1）通過原位生長(zhǎng)的方式在PIM-1膜的表面引入ZIF-8納米顆粒,通過調(diào)控ZIF-8納米顆粒生長(zhǎng)的周期制備了PIM-1/ZIF-8復(fù)合膜。所得到的PIM-1/ZIF-8復(fù)合膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能,并且有效的改善了聚合物與填料之間的界面缺陷問題,ZIF-8納米顆粒與PIM-1膜之間... 

【文章來源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

O2/N2分離膜原理圖

第一章緒論3斷改進(jìn)，無機(jī)膜的劣勢(shì)正在逐漸改善。1.2.2聚合物膜材料在過去幾十年的研究發(fā)展過程中，由于聚合物膜材料在工業(yè)氣體分離中常常具有便于加工，重量輕并且面積小，價(jià)格低廉和高效節(jié)能等優(yōu)勢(shì)而長(zhǎng)期被用作氣體分離膜材料[6]。但是，分離性能較低（低滲透性和選擇性）是聚合物氣體分離膜的主要缺點(diǎn)。在聚合物膜中，氣體分子的傳輸通�；谌芙�-擴(kuò)散機(jī)制。衡量氣體分離膜兩個(gè)最重要的指標(biāo)分別是滲透性和選擇性，滲透性反映了氣體透過膜的速度，選擇性則反映了氣體膜的分離效率。聚合物膜的滲透性和選擇性之間存在trade-off效應(yīng)[7]，即Robeson上限。一般來說，只有以較低的選擇性為代價(jià)才能提高氣體分離膜的滲透系數(shù)。如圖1-2所示為2008年O2/N2分離的Robeson上限。圖1-2O2/N2分離的Robeson上限圖Fig.1-2RobesonUpper-BoundforO2/N2separation聚砜（PSF），聚酰胺（PA），聚氨酯（PU），聚酰亞胺（PI），聚苯胺（PANi）通常被用作制備O2/N2分離膜的材料，如圖1-3所示。在這些聚合物中，PSF膜是最有前途的分離O2/N2的聚合物材料之一，UnionCarbide于1965年首次報(bào)道了PSF膜，PSF膜具有良好的滲透性、選擇性和機(jī)械強(qiáng)度[8]。1970年孟山都公司第一次把PSF膜用在大規(guī)模氣體分離中而引起了廣泛的注意。然而，由于PSF膜在氣體分離應(yīng)用中相對(duì)于其他膜材料滲透系數(shù)較低，PSF在氣體分離中的應(yīng)用

⒌母叻腫泳酆銜鋝牧現(xiàn)?唬?蚱淦?逕?趕凳?和選擇性接近2008年Robeson上限而得到了廣泛的報(bào)道。近期研究表明，基于PSF和PI的聚合物膜顯示出O2/N2分離良好的性能，接近或略高于2008年的Robeson上限[10]。PI具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這些特性的結(jié)合使PI能夠在更嚴(yán)格的環(huán)境中使用，例如高溫O2/N2氣體分離過程[4]。聚（2,6-二甲基-1,4-亞苯基氧化物）（PPO）具有較好的氣體滲透性能，但是選擇性適中，因此研究者們通過對(duì)PPO的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)改性或者將PPO與添加劑共混來獲得高選擇性的改性PPO膜。圖1-3用于O2/N2分離的聚合物膜材料Fig.1-3Polymer-basedmembranematerialsforO2/N2separation為了進(jìn)一步提高O2/N2分離性能，研究人員開發(fā)了一種新的高滲透性氣體分離膜材料，自聚微孔聚合物（PIM-1）。PIM-1具有剛性的梯形鏈狀結(jié)構(gòu)（如圖1-4所示），這種結(jié)構(gòu)使聚合物主鏈不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，阻礙了分子鏈的堆積，從而形成了很高的自由體積和很高的比表面積[11]。McKeown和Budd首次開發(fā)了PIM-1材料，由含有四羥基單體和含有四氟基的單體通過縮聚反應(yīng)得到[12]，所制備的PIM-1氣體分離膜的O2滲透系數(shù)達(dá)到了370，O2/N2選擇性為4.0，氣體分離性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的玻璃狀聚合物氣體分離膜材料，并且對(duì)選擇性沒有不利影響。PIM-1具有超高的氣體滲透性能、微孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在氣體分離膜材料中受到越來越多的關(guān)注。


本文編號(hào)：3298526