發(fā)布時間：2020-07-06 22:47

【摘要】：近年來,隨著化石燃料的大量使用,大氣中溫室氣體(如CO_2)的濃度迅速上升,對地球的生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響;另一方面,CO_2是一種寶貴的碳資源。因此,對(CO_2進行分離和捕捉具有重要意義。作為一項新興綠色分離技術(shù),膜技術(shù)因其綠色環(huán)保、低能耗、高效率,得到廣泛應(yīng)用。因為己被證明在氣體分離方面也經(jīng)濟上可行,其在C02分離方面也得到越來越多的關(guān)注和研究。聚醚砜是一種常用的氣體分離膜材料,具有良好的穩(wěn)定性和可加工性,但其對氣體的滲透性能較差,限制了在氣體分離領(lǐng)域的應(yīng)用。聚乙二醇(PEG)中的醚氧基團是具有很高的CO_2/light gases溶解選擇性的官能團,常被用作分離C02的膜材料。但高分子量的PEG具有強結(jié)晶性,氣體通量低,低分子量的PEG機械性能差,無法制備成膜。以聚醚砜作為機械支撐,以低分子量PEG構(gòu)筑氣體傳輸通道,設(shè)計制備嵌段或接枝共聚物,研究機械性能與分離性能兼?zhèn)涞臍怏w分離膜材料,具有重要的應(yīng)用價值。本文設(shè)計制備了一種PEG側(cè)鏈含量可控、長短可調(diào)的聚醚砜接枝共聚物,防止PEG鏈段結(jié)晶,提高氣體分離性能。在此基礎(chǔ)上,對膜進行了兩種處理:一是在接枝共聚物膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上,對膜進行熱退火處理,使共聚物鏈段充分運動,相分離更加徹底,形成微區(qū):二是向膜內(nèi)添加柱撐MFI沸石(PMFI),制備混合基質(zhì)膜,利用接枝共聚物自組裝誘導(dǎo)PMFI排布,構(gòu)建氣體傳輸通道,加快氣體在膜內(nèi)運輸,提高膜的滲透系數(shù)。本文通過縮聚反應(yīng),以二烯丙基雙酚硫、雙酚硫、4,4-二氟二苯砜為反應(yīng)單體,合成了兩種雙鍵側(cè)基含量的聚醚砜(PES A(14%)、PES B(28%));通過巰基—烯點擊化學(xué),將不同分子量(550、1000、2000)的巰基短鏈聚乙二醇接枝到聚醚砜上,制備了聚醚砜接枝共聚物(PES-g-PEG)。用1H-NMR、FTIR表征聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu),用DSC、TG對聚合物熱分析。結(jié)果表明,聚醚砜接枝共聚物成功制備。將PES-g-PEG配制成質(zhì)量分數(shù)為5wt%的鑄膜液,通過溶劑蒸發(fā)法制備氣體分離膜,用氣體滲透儀測試C02、N_2滲透性能。結(jié)果表明,PES A-g-PEG550膜有較高的CO_2滲透系數(shù),達到了 13.0 Barrer,C02/N_2理想選擇系數(shù)為24.2;熱退火處理制備Anneal PES-g-PEG膜(A PES-g-PEG),結(jié)果表明,退火后膜的C02滲透系數(shù)提高1倍,達到26.8 Barrer,CO_2/N_2理想選擇系數(shù)也提高至27.6;為了進一步提高滲透系數(shù),向PES A-g-PEG550膜中添加PMFI沸石制備混合基質(zhì)膜(P-MMM)結(jié)果表明,在沸石添加量為20wt%時,P-MMM的CO_2滲透系數(shù)比原膜提高了4倍,達到66.9Barrer。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893;X701
【圖文】：

邐．逡逑大多數(shù)高聚物膜的氣體分離機理可以用溶解一擴散來描述，其分離氣體的過逡逑程，如圖１－１所示？。根據(jù)溶解一擴散機理，混合氣體從進料側(cè)進入，與膜的上逡逑表面發(fā)生接觸，并會先溶解在膜的上表面，導(dǎo)致氣體濃度增加，造成膜上下表面逡逑濃度的差異，膜上表面氣體濃度高于下表面，形成濃度梯度，在濃度梯度的推動逡逑下，在進料側(cè)的氣體分子會向低濃度處擴散，擴散到膜的下表面解吸，整個溶解逡逑一擴散過程完成。通過分析溶解一擴散機理發(fā)現(xiàn)，整個分離過程受兩方面影響，逡逑一是氣體在膜中的溶解，另一個就是氣體在膜內(nèi)的擴散［１９］。不同的氣體在膜中溶逡逑解的難易程度不同，擴散速率也不同，利用這些差異來分離不同氣體。溶解程度逡逑主要由氣體與膜材料間的相互作用決定，一般來說，可壓縮性強的氣體（如Ｃ０２），逡逑容易在聚合物膜中溶解。所以

0？＊＿＿逡逑媖欱０邐＃逡逑圖１－１氣體在膜內(nèi)的溶解－擴散傳質(zhì)的機理逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｌｉｅ邋ｇａｓ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｔｌｉｒｏｕｇｈ邋ｍｅｍｂｒａｎ

隨著有機化學(xué)的發(fā)展和活性／可控聚合的出現(xiàn)，研宄人員可以制備理想結(jié)構(gòu)逡逑和功能的聚合物。接枝共聚物具有獨特的物理化學(xué)性能，通常具有主鏈和支鏈兩逡逑種均聚物的綜合性能，且具有獨特的分子結(jié)構(gòu)形態(tài)。接枝共聚物的性能取決于主逡逑鏈和支鏈的結(jié)構(gòu)和長度，以及支鏈數(shù)目。目前常用的合成接枝共聚物的方法主要逡逑有三種大分子單體法（ＧｒａｆｔｉｎｇＴｈｒｏｕｇｈ）、偶合法（ＧｒａｆｔｉｎｇＯｎｔｏ）和引發(fā)接逡逑枝法（Ｇｒａｆｔｉｎｇ邋Ｆｒｏｍ）。逡逑（１）大分子單體法（ＧｒａｆｔｉｎｇＴｈｒｏｕｇｈ）逡逑通過端基帶有不飽和官能團（如雙鍵、環(huán)氧基團等）的大分子單體均聚或者逡逑與不飽和小分子單體共聚來制備接枝共聚物。逡逑大分子單體法合成接枝共聚物的最大缺陷是大分子單體很難完全轉(zhuǎn)化和最逡逑終產(chǎn)物的分子量很難精度控制。雖然可以通過活性聚合技術(shù)合成結(jié)構(gòu)明確的大分逡逑子單體，但是由于傳統(tǒng)的自由基聚合的局限性，得到的最終產(chǎn)物的分子量分布還逡逑是很寬，而且沒有轉(zhuǎn)化完全的大分子單體會給提純工作造成很大的麻煩。逡逑—

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本文編號：2744248