纳米孔碳ni-p非晶复合膜的制备及分离性能研究

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1、天津大学硕士学位论文纳米孔碳/Ni-P非晶复合膜的制备及分离性能研究姓名：袁芳申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘炳泗20090501中文摘要膜分离技术具有无相变、高效、节能、设备和操作简便、无二次污染等优点，是解决当前人类面临的能源、环境等重大问题的重要技术。无机膜具有优良的耐热性、化学稳定性和较高的机械强度等优点，因此在气体分离方面表现出优异的特性。碳膜是无机膜的突出代表，还具有孔径分布范围狭窄，且孔径可调范围大的特点。本文分别选择聚酰亚胺和醋酸纤维素为前驱体，以用化学镀镍修饰过的多孔不锈钢管为支撑体，在惰性气体N2的保护下，在700℃下直接碳化前驱体

2、制备纳米孔碳膜。对系列小分子气体(如H2，N2，C02和c也)进行渗透率测试和混合气体分离性能测试，并考虑温度、膜压差等因素对气体渗透率的影响。结果发现，气体通过纳米孑L碳／Ni．P复合膜是按照分子筛分的机理进行传递的，气体通过纳米孔碳／Ni．P复合膜的分离系数远大于气体通过不锈钢管未经修饰制备的碳膜的分离系数，而气体通过不锈钢管未经修饰所制备的碳膜是按照努森扩散的机理进行传递的。此外，本文对Ni．P膜、纯碳膜、纳米孔碳／Ni．P非晶复合膜以及前驱体进行一系列的表征，如TGA、DSC、BET等。结果发现，在Ni．P膜外表面涂敷前驱体碳化，并不能抑制Ni．P膜的晶化

3、，从而Ni．P膜对H2的选择性降低。因此，对支撑体不锈钢管进行化学镀镍修饰，所起的主要作用是降低支撑体的孔径，只需一次碳化就可以获得分离性能良好的碳膜，从而节约制膜时间和成本。关键词：碳膜；化学镀镍；Ni．P非晶膜；气体分离：分子筛分ABSTRACTMembraneseparationtechnologyistotackletheenergy,environmentandothermajorissuesaboutpeoplemeetduetonophasetransition，highefficiency,energyconservation，andwithout

4、secondarypollution．Inorganicmembranesexhibitexcellentheatresistance，chemicalstabilityandhighmechanicalstrength，SOtheyhaveapotentialinsurpassingtheupperboundaryofthepermeabilityVSselectivitytradeoffrelationship．Carbonisthemostpromisingmembranematerialsforindustrialapplicationsbecausena

5、noporouscarbonmembranes(NPCMs)exhibitnarrowporesizedistribution．Inaddition，poresizeofcarbonmolecularsievingmembranes(CMSMs)isofadjustablerange．Inthiswork，NPCMswerepreparedonaporousstainlesssteelsupportmodifiedbyelectrolessnickelplatingusingcarbonizingthepolymers，suchasPolyimideandCell

6、uloseAcetateat700℃inanitrogenatmosphere．Theseparationpefformanceofsmallgasmolecules，suchasHE，N2，C02andCH4，wasinvestegatedbygaspermeanceandmixedgasseparationfactor．TheseparationperformanceofthemembraneWaSsignificantlybetterthanthatfabricatedonnon．modifiedporousstainlesssteelsupport．The

7、diffusionofgasthroughtheformerismainlycontrolledbythemechanismofmolecularsievingwhilethelatterismainlycontrolledbyKnudsendiffusionmechanism．Inaddition，themembranesamplesandprecursorswerecharacterizedbymeansofTGA，DSCandBETtechniques．CarbonizationtheprecursorcoatingontheoutersurfaceofNi

8、·Pmem