隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展,基于膜的氣體分離技術(shù)在近年來快速發(fā)展。與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比,膜分離技術(shù)是一種新興“綠色”技術(shù),因其具有設(shè)備簡單、成本低廉、能耗少、環(huán)境友好、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。氣體分離膜的滲透性和選擇性之間存在相互制約關(guān)系,所以研究一種兼具高滲透性和選擇性的膜材料迫在眉睫。主鏈上具有剛性苯環(huán)的玻璃態(tài)芳香族聚合物,因?yàn)槠渚哂休^高的選擇性、力學(xué)性能、耐化學(xué)穩(wěn)定性以及能夠在高溫下連續(xù)操作等特點(diǎn),常常被用于分離膜材料。但是芳香族聚合物膜的滲透性較低,實(shí)際生產(chǎn)效率不高。對此,本文選用具有較高選擇性的聚芳醚酮膜材料,一方面引入氨基(-NH_2),來提高聚合物膜的分離性能;另一方面引入大體積剛性芴基和三氟甲基(-CF_3),進(jìn)一步增加聚合物膜的選擇性。本論文,自制帶有氨基的雙酚功能單體,用溶液縮聚的方法制備一系列氨基含量不同的含氨基聚芳醚酮聚合物(Am-PAEK)。紅外光譜顯示,聚合物被成功制備。TGA和DSC測試證實(shí)Am-PAEK膜具有良好的熱穩(wěn)定性,以及Am-PAEK膜的最高拉伸強(qiáng)度和楊氏模量分別可達(dá)到53.76 MPa和2252 MPa。Am-PAEK-10%顯示出較高的氣體滲透性P(CO_2)=12.38,及較高的選擇性α(CO_2/CH_4)=21.34。結(jié)果表明,所制備的Am-PAEK-10%具有最好的分離性能,有應(yīng)用于氣體分離膜材料的潛力。為了進(jìn)一步提高聚芳醚酮聚合物膜的選擇性,我們引入帶有大體積剛性芴基的雙酚芴單體,及含有-CF_3的雙酚AF單體。通過熔融縮聚制備了一系列芴含量不同的含氨基聚芳芴醚酮聚合物(Am-PAFEK-X)。通過核磁和紅外證實(shí)Am-PAFEK-X成功制備。其中Am-PAFEK-60%的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)最高達(dá)到210℃。這是因?yàn)檐袒奈蛔栊?yīng)有效的提高了聚合物的剛性。同時聚合物Am-PAFEK-X的熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能都能達(dá)到氣體分離膜的使用標(biāo)準(zhǔn)。Am-PAFEK-60%膜的選擇性α(CO_2/CH_4)=27.47,α(CO_2/N_2)=31.13。以上數(shù)據(jù)表明,制備出的具有高選擇性的聚芳芴醚酮聚合物有望在分離膜材料得到應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.893
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 氣體分離膜材料的種類
        1.2.1 無機(jī)膜材料
        1.2.2 高分子膜材料
        1.2.3 高分子-無機(jī)雜化膜材料
    1.3 氣體分離膜分離原理
        1.3.1 氣體在多孔膜傳遞機(jī)理
        1.3.2 氣體在非多孔均質(zhì)膜傳遞機(jī)理
    1.4 氣體分離膜的應(yīng)用
        1.4.1 氫氣回收
        1.4.2 二氧化碳捕集
        1.4.3 空氣分離
        1.4.4 烯烴-烷烴分離
    1.5 本文設(shè)計(jì)思想
第2章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及試劑
    2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及型號、測試條件
        2.2.1 紅外光譜測試(FT-IR)
        2.2.2 核磁共振測試(~1HNMR 400MHz)
        2.2.3 熱失重測試(TGA)
        2.2.4 差示掃描量熱法測試(DSC)
        2.2.5 力學(xué)性能測試
        2.2.6 X射線衍射測試(XRD)
        2.2.7 氣體分離性能表征
第3章 一種具有簡單自調(diào)節(jié)滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮?dú)怏w分離膜
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 4-氨基苯基對苯二酚單體的制備(4Am-PH)
        3.2.2 合成含氨基聚芳醚酮聚合物
        3.2.3 氣體分離膜的制備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 紅外表征
        3.3.2 熱失重測試
        3.3.3 差示掃描量熱法測試
        3.3.4 力學(xué)性能和d-間距
        3.3.5 X射線衍射
        3.3.6 氣體分離性能表征
    3.4 本章小結(jié)
第4章 具有高選擇性的含氨基聚芳芴醚酮?dú)怏w分離膜的制備及其性能研究.
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 含氨基聚芳芴醚酮的合成
        4.2.2 氣體分離膜的制備
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Am-PAFEK-X膜的結(jié)構(gòu)表征
        4.3.2 熱失重測試
        4.3.3 差示掃描量熱法測試
        4.3.4 力學(xué)性能
        4.3.5 X射線衍射
        4.3.6 氣體分離性能表征
    4.4 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡介
攻讀碩士學(xué)位期間研究成果

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本文編號：2846997