【摘要】：膜材料通過滲透汽化進行芳烴/烷烴混合物分離的技術在分離有機共沸物和沸點相近的有機混合物時具有顯著的優(yōu)勢,因此其在石油化工和綠色生產等領域具有重要的潛在價值。本文中通過常壓介質阻擋放電(DBD)等離子體同步輻照接枝技術,制備帶有“孔填充”結構的復合膜并用于芳烴/烷烴的滲透汽化分離,同時考察了超濾膜孔徑及分布和復合膜制備條件對所得復合膜的結構形貌和其對芳烴/烷烴分離效果的影響,并采用分子動力學模擬計算來探索這些影響所產生的原因。首先,以耐高溫的二氮雜萘酮聯苯結構的聚芳醚腈酮(PPENK)制備帶有大量微孔道的超濾膜并作為底膜,借助DBD等離子體技術,以氦氣為放電氣體,通過同步輻照接枝將聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(PEO500OHMA)接枝到PPENK超濾底膜的表面及其孔道內,制備帶有“孔填充”結構的復合膜。此外,考察了超濾底膜的孔徑及其分布、單體水溶液的涂覆濃度和溫度對所得復合膜在芳烴/烷烴的滲透汽化分離中的影響,并通過傅立葉紅外光譜儀(FTIR)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)表征所得超濾膜和復合膜的結構形貌。研究發(fā)現,以孔徑為15 nm左右的PPENK超濾膜作為底膜,所得的復合膜對甲苯/正庚烷體系(甲苯為20 wt%)的選擇性最佳,膜選擇性可達6.85,甲苯和正庚烷的滲透速率分別為1379 gpu和202 gpu;在45 ~oC下涂覆時,隨著單體水溶液的濃度從0.30 mol/L增加到0.75 mol/L,所得復合膜對甲苯/正庚烷的選擇性先增大后減小,在0.45 mol/L的濃度下涂覆可達到最大值,且復合膜的接枝層厚度未隨單體水溶液的濃度增大而增大,而和選擇性變化一致,都先增大后減小且在濃度為0.45 mol/L時出現最大值;固定涂覆濃度為0.45 mol/L,隨著涂覆溫度從30 ~oC升高到60 ~oC,所得復合膜對甲苯/正庚烷的選擇性則逐漸減小,且接枝層厚度亦隨著涂覆溫度的升高而減小。最后,本文通過表征分析單體水溶液的粘度、表面張力以及超濾底膜的接觸角,結合分子動力學模擬技術,嘗試從PEO500OHMA大分子單體在溶液中的擴散過程來探索上述實驗現象的產生原因。初步結果表明:45~oC下,濃度從0.30 mol/L增加到0.75 mol/L,PEO500OHMA分子在溶液中的擴散系數先增大后減小,且在0.45 mol/L下達到最大值;固定濃度為0.45 mol/L,溫度從30 ~oC升高到60 ~oC,PEO500OHMA分子在溶液中的擴散系數則逐漸減小。這一變化規(guī)律與復合膜接枝層厚度和膜選擇性隨單體涂覆濃度和溫度的變化一致。因此,可認為單體的擴散是制備“孔填充”復合膜的重要調控參數。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893

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本文編號：2728139