制膜湿度和温度对分离co,2固定载体膜结构和性能的影响

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1、⑧中国近代第一所大学FOUNDED1N1895天串大薯TIANJlNUNIVERSITY硕士学位论文-●学科专业：作者姓名：指导教师：化学工程伊春海王志教授天津大学研究生院2004年1月摘要用于CO：等酸性气体分离的固定载体膜一种很有发展Ij{『景的新型气体分离膜。本文较深入地研究了制膜环境对分离C02固定载体复合膜结构和性能的影响。并对共混固定载体膜材料的开发进行了探索。聚乙烯基胺(PVAm)是本课题组丌发的一种对C02具有促进传递作用的水溶性膜材料。本文以PVAm为分离层，以聚醚砜(YES)平板超滤膜为基膜，采用人工气候箱控制膜的温度和湿度，用浸涂法制备了平板复合膜。利用x射线衍射(

2、XRD)、环境扫描电子显微镜(ESEM)，对不同环境温度、湿度下所制复合膜的形态结构进行了分析。结果表明，随着制膜环境湿度的降低，复合膜的结晶度减小．同时膜内聚合物的聚集也越来越疏松。以C02／CH4体系为研究对象，考察了不同湿度下所制复合膜的透过分离性能，结果表明随着湿度的下降，复合膜的C02渗透速率和分离因子都有一最大值。在30℃、相对湿度(RH)40％所制的复合膜具有较好的透过分离性能：纯气体测试，进料压力为109cmHg时，Rc02=4．6×101cm3(STP)／cm2．s．cmHg，理想分离因子口C02／CH4=86。测试了该条件所制的膜对C02／02和C02／N2体系的透过

3、分离性能并与COz／C／-／4体系作了比较，结果表明：口C02／N2>口C021CH4>口C02／02。以聚砜(PS)中空纤维为基膜，制备了PVAm／PS中空纤维复合膜。以C02／CI-14体系为研究对象，考察了在室温(T--20～25℃，RH=40-65％)及通过人工气候箱控温、控湿状态(30℃，RH40％)下所制膜的性能。结果表明在控温、控湿状态下所制的膜具有较好的透过分离性能。同时考察了在两种条件下所制膜的可重复性，结果表明人工气候箱中所制膜的可重复性较好。本文还以PVAm和聚乙二醇(PEG)的共混聚合物为分离层，以聚醚砜(PES)平板超滤膜为基膜，在30℃，RH60％下制备了PV

4、Am+PEG／PES平板复合膜。采用XRD研究了PEG含量对共混复合膜结晶度的影响。结果表明：共混膜的结晶度随PEG的加入有一最小值，当PEG含量为15wt％时共混膜的结晶度最小。考察了共混聚合物的组成对膜透过分离性能的影响，结果表明：C02和CH4的渗透速率以及分离因子随PEG的加入都有一最大值。当PEG含量为10wt％时，复合膜具有最高的C02渗透速率和分离因子。PEG含量为15wt％时，复合膜具有最高的CH4渗透速率。关键词：固定载体膜C02分离聚乙烯基胺聚乙二醇平板复合膜中空纤维复合膜共混复合膜ABSTRACTThefixedcarriermembranesforC02separ

5、ationareveryattractiveduetOitshighpermselectivityaswellasgoodstability,Inthispaper'theeffectsofcastingtemperatureandhumid／tyonthestructureandperformanceoffixedcarriermembraneforC02separationwerestudiedindetail．Polyvinylamine(PVAm)iSa“ndoffixedcarriermembraneforC02separation,whichhasbeendevelopedb

6、yom'group．ThefixedcarriercompositemembraneswerepreparedwithPVAmasseparationlayerandpolyethersulfone(PES)ultrafiltrationmembraneassubstratebyusingdip—coatingprocess．ThemembranepreparationconditionwascontrolledbyusingArtificialClimateChamber．XRD(X-raydiffractions)andESEM(EnvironmemalScanningElectro

7、nmicroscope)wereemployedtocharacterizethemicrostructureofthecompositemembranes．Withthedecreaseofhumidityofpreparationenvironmentthecrsytalinityofthemembranesdecreases，andtheaggregatestructureofthemembranesbecomeloosenT