高效分离CO2混合基质膜的设计制备及性能研究.pdf

《高效分离CO2混合基质膜的设计制备及性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：学号：2015210576单位代码：10759石河子大学硕士学位论文高效分离CO2混合基质膜的设计制备及性能研究学位申请人侯进鹏指导教师郭瑞丽教授申请学位类别工程硕士专业名称化学工程研究领域膜分离所在学院化学化工学院中国·新疆·石河子2018年6月Design,PreparationandPerformanceofCO2MixedSubstrateMembranewithHighEfficiencyADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequiremen

2、tsfortheDegreeofMasterofEngineeringByHoujinpeng(ChemicalEngineering)DissertationSupervisor:Prof.GuoRui-liJune,2018摘要膜分离技术以其低能耗、高效率、环保等优势在CO2分离领域展现出良好的应用前景。膜分离技术中膜材料是核心部分，膜分离性能的好坏关键是在膜材料的选择。因此，研发高效的CO2分离膜材料具有重要的意义。根据CO2分子与CH4和N2分子之间的差异，选择高分子聚醚-聚酰胺嵌段共聚物（Pebax）为高分子膜基质，基于二维材料在高分子基质中的排列取向

3、优势，设计制备具有高效传递通道的混合基质膜，用于CO2分离体系中，旨在实现CO2的高效分离。主要研究内容和研究结果如下：Pebax-Ag混合基质膜的制备及CO2分离性能研究：基于二维平面传递，设计制备Pebax-Ag混合基质膜。采用湿化学法制备的纳米Ag片作为填充剂，为CO2传递构建了快速传递通道。纳米Ag片填充量为4wt.%时，在CO2/CH4体系中Pebax-Ag-4混合基质膜CO2渗透系数是449Barrer，CO2/CH4选择性达43，在CO2/N2体系中Pebax-Ag-4混合基质膜CO2渗透系数达403Barrer，CO2/N2选择性达67。Peba

4、x-PCNs混合基质膜的制备及CO2分离性能研究：基于二维平面及多孔传递，设计制备Pebax-PCNs混合基质膜。采用自组装的方法合成了PCNs，通过PCNs构建CO2传递通道。PCNs在膜基质内良好的分散且趋于水平排列，PCNs的微孔结构缩短了CO2的扩散路径，从而提高了CO2渗透系数。PCNs的错层堆叠和聚合物链渗入PCNs孔隙使其孔径减小，这提高了Pebax-PCNs混合基质膜的CO2/CH4选择性和CO2/N2选择性。PCNs填充量为10wt.%时，在CO2/CH4体系中Pebax-PCNs-10混合基质膜CO2渗透系数是520Barrer，CO2/CH

5、4选择性达51，在CO2/N2体系中Pebax-PCNs-10混合基质膜CO2渗透系数达613Barrer，CO2/N2选择性达61。Pebax-ZIF-TCPP混合基质膜的制备及CO2分离性能研究：基于二维平面及互连多孔传递，设计制备Pebax--ZIF-TCPP混合基质膜。采用表面活性剂辅助法制备填充剂ZIF-TCPP，将ZIF-TCPP填充至Pebax基质中构筑CO2运输通道。ZIF-TCPP填充在Pebax基质中显示出良好的分散性，且与Pebax基质有良好的相容性。ZIF-TCPP的微孔结构缩短了CO2的扩散路径，同时互连的多孔结构增加了扩散通道，从而提

6、高了CO2渗透系数。此外ZIF-TCPP含有的碱性基团增加了与CO2的反应位点。在ZIF-TCPP填充量为7wt%时，CO2渗透系数为626Barrer，CO2/CH4的选择性为65。关键词：Pebax；混合基质膜；传递通道；CO2分离；IAbstractMembraneseparationtechnologyhasshowngoodapplicationprospectsinthefieldofCO2separationwithitsadvantagesoflowenergyconsumption,highefficiency,andenvironmental

7、protection.Inthemembraneseparationtechnology,themembranematerialisthecorepart,andthekeytothemembraneseparationperformanceisthechoiceofmembranematerial.Therefore,itisofgreatsignificancetodevelopanefficientCO2separationmembranematerial.AccordingtothedifferencebetweenCO2moleculesandCH4a

8、ndN2molecule