碳分子篩膜,簡(jiǎn)稱(chēng)炭膜,是聚合物膜在惰性氣體或真空氛圍下經(jīng)高溫?zé)峤庵苽涠傻男滦吞炕げ牧�。相比于傳統(tǒng)聚合物膜,炭膜擁有耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。并且炭膜發(fā)達(dá)的極微孔結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的氣體滲透通道,有著比聚合物膜更高的氣體滲透通量,可以超越Robeson上限。然而普通均質(zhì)炭膜質(zhì)地易碎,嚴(yán)重限制了炭膜的應(yīng)用與發(fā)展。因此越來(lái)越多的研究人員將目光轉(zhuǎn)向于復(fù)合炭膜。復(fù)合炭膜一般由基底和分離層兩部分組成,其中基底提供良好的機(jī)械強(qiáng)度,由炭膜構(gòu)成的分離層提供分離作用。正因?yàn)槿绱?復(fù)合炭膜擁有著比均質(zhì)膜更薄的分離層,從而擁有更高的氣體滲透通量。本文采用溶膠-凝膠法,以正硅酸乙酯(TEOS)為硅源修飾調(diào)控陶瓷纖維膜孔結(jié)構(gòu)作為復(fù)合炭膜基膜。研究了溶膠各組份配比、環(huán)境條件以及添加劑對(duì)修飾效果的影響,并以修飾后的陶瓷纖維膜作基膜,制備PEK-C基復(fù)合炭膜,考察了鑄膜液濃度、干燥溫度、預(yù)氧化過(guò)程等因素對(duì)復(fù)合炭膜氣體分離性能的影響。得到結(jié)果如下:1)溶膠各組分配比對(duì)溶膠體系的穩(wěn)定性、凝膠體結(jié)構(gòu)有著重要影響。當(dāng)溶膠各組分摩爾比為T(mén)EOS:EtOH:H₂O:HCl=1:3:4:0.025時(shí),修飾后的陶瓷纖...

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1炭膜縫狀結(jié)構(gòu)示意圖(a)和理想的雙峰孔徑分布圖(b)[23]

炭膜具有發(fā)達(dá)極微孔結(jié)構(gòu),提供了大量的氣體滲透通道,從而有著比傳統(tǒng)聚合物膜更高的氣體滲透通量,可以超越Robeson上限[19-25]。Adams和Rungta等人以6FDA:BPDA-DAM聚酰亞胺前體制備炭膜,認(rèn)為聚酰亞胺前體斷裂形成芳香鏈,為整個(gè)炭膜結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)[26,27....

圖1.2聚酰亞胺的基本分子結(jié)構(gòu)

Koros等人[38]以聚酰亞胺前體6FDA/BPDA-DAM為材料考察了熱解氣氛、氧氣含量對(duì)炭膜的影響。Kelly等人[39]以高分子量聚酰亞胺(Matrimid)為前體制備復(fù)合炭膜。當(dāng)熱解溫度為650℃時(shí),制備出純分子篩分機(jī)理炭膜對(duì)于H2/N2和H2/CH4的選擇性分別為4.....

圖1.3溶膠-凝膠過(guò)程

溶膠若想向凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變,需要滿(mǎn)足膠粒之間的作用力大于凝膠勢(shì)壘。因此減弱溶膠膠粒間的作用力或者增大勢(shì)壘作用都可以阻止溶膠凝膠化,促使溶膠體系更加穩(wěn)定。常用的方法主要有增加膠粒的電荷量、利用溶劑化效應(yīng)等。同樣,通過(guò)溶劑揮發(fā)、冷凍、加入電解質(zhì)等方法也可以破壞溶膠體系的穩(wěn)定性,促使溶膠向....

圖1.4酸性條件下水解反應(yīng)機(jī)理

當(dāng)以酸為催化劑時(shí),TEOS的水解反應(yīng)是二級(jí)反應(yīng),水和酸的濃度同時(shí)控制著水解速率[58]。溶液中H3O+的親電機(jī)理促使H3O+進(jìn)攻含烷氧基的Si原子,通過(guò)未共用電子對(duì)的相互吸附形成中間過(guò)渡態(tài)。水解反應(yīng)初期,Si原子上烷氧基數(shù)量多,反應(yīng)速率快,因而由縮聚反應(yīng)決定整個(gè)反應(yīng)的速率。而隨著....

本文編號(hào)：3941920