聚丙烯腈基不对称炭膜的制备及性能研究

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1、硕士学位论文聚丙烯腈基不对称炭膜的制备及性能研究PreparationandPerformanceofPolyacrylonitrileBasedAsymmetricCarbonMembrane学21107081完成日期：垒Q!垒生鱼旦大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外本论文不包舍其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我

2、一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中傲了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处。本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：聚丙炜腩丧干对槔钲腹钓刎岛反慢觚研勃作者签名：：!垒笙日期：型!年—L月—生日大连理工大学硕士学位论文摘要炭膜是一种新颖的多孔炭基膜材料，具有优异的气体分离性能和热稳定性能，融合了炭材料的结构特性(具有发达的、孔径分布均一的纳米级微孔结构)以及膜材料高效节能的优势，特别是在小分子气体分离领域展示出广泛的应用前景。但是，目前制备的炭膜成本较高，分离层较厚而很难达到较高的气体渗透通量，在一定程度上限制了其工业化应用。因此，研发拓

3、展具有高性价比的前驱体材料、优化改进现有制膜工艺以制备高渗透通量的经济炭膜是推进炭膜工业化应用的重要途径。本文以价格相对低廉的聚丙烯腈(PAN)为前驱体，采用干一湿相转化法制备不对称聚合物膜，再经预氧化和炭化处理制备不对称炭膜，研究了相转化工艺条件(铸膜液浓度、溶剂种类、添加剂种类和浓度)、预氧化工艺(预氧化温度、恒温时间和空气流率)以及炭化工艺(炭化温度和恒温时间)对膜结构和性能的影响，并采用恒压力变体积法、SEM、XRD、FT-IR等方法进行了表征，以制备高渗透通量的经济炭膜。研究表明：(1)相转化工艺对不对称炭膜的结构和性能有很大的影响。降低

4、PAN浓度能够提高炭膜的气体渗透通量，但选择性和机械性能降低：不同溶剂制各的炭膜结构差异较大，以N．甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂制备的炭膜具有较好的机械性能和渗透性能；添加剂聚乙二醇(PEG)和聚乙烯毗咯烷酮(PVP)对膜结构的影响较大，随着添加剂浓度以及PEG分子量的增大，膜结构更加致密，机械性能更好，但气体渗透通量变小。(2)预氧化工艺对不对称膜的结构和性能有很大的影响。提高预氧化温度、延长恒温时间以及增大空气流率均有利于提高气体渗透通量，但当预氧化程度过大时，会使膜的性能降低。(3)炭化工艺对不对称炭膜的结构和性能影响较大。炭膜的气体渗透通量

5、随炭化温度的升高而不断增大，随恒温时间的延长先增大后降低，在lh时达到最大。关键词：聚丙烯腈；不对称炭膜；气体分离聚丙烯腈基不对称炭膜的制备及性能研究PreparationandPerformanceofPolyacrylonitrileBasedAsymmetricCarbonMembraneAbstractCarbonmembraneiSanovelporouscarbon-basedmembranematerialwithexcellentgasseparationperformanceandthermalresistance，whichco

6、mbinesthesupermicroporousstructureofcarbonmaterialwiththehi【ghefficiencyandenergysavingadvantagesofmembranematerialandshowsbroadprospectingasseparation．However，it'sstillindustriallyunavailablebecauseofitshi曲costandlowgaspermeancefluxforthickgasseparationlayer．Therefore，it’Sess

7、entialtodevelopcheapprecursorswithhi曲performanceandoptimizethepreparationprocesstopreparelow-costcarbonmembranewithhighpermeancefluxandaccelerateitsindustrialapplication．Inthispaper，theasymmetriccarbonmembrane(ACM)Waspreparedbydry-wetphaseinversionmethod，preoxidationandcarboni

8、zationprocess，inwhichlow·costpolyacrylotrileWasusedasprecurso