乙基纤维素基复合膜材料微观结构与丙烯丙烷分离性能研究

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1、中图分类号：TQ028单位代码：10425学号：S12030464乙基纤维素基复合膜材料微观结构与丙烯/丙烷分离性能研究StudyonMicro-structureandPropylene/PropaneSeparationPropertiesofEthylCelluloseCompositeMembraneMaterials学科专业：化学工程与技术研究方向：石油与天然气化学作者姓名：远冰冰指导教师：孙海翔（副教授）二〇一五年五月StudyonMicro-structureandPropylene/PropaneSeparationPropertiesofEthylCell

2、uloseCompositeMembraneMaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YuanBingBingSupervisor：Asso.Prof.SunHaiXiangCollegeofChemicalEngineeringChinaUniversityofPetroleum(EastChina)摘要乙烯、丙烯等烯烃是重要的合成化工原料，被广泛用来生产聚乙烯、聚丙烯及烯烃的共聚物等。烯烃主要来源于石化炼厂的高温蒸汽裂解，通过重复压缩以及低温蒸馏等技术手段，分离气体混合物。烯烃/烷烃的分离是

3、公认的高能耗过程，研究者对可能的替代工艺进行广泛的研究。膜技术，因其较低的操作和资金成本，被认为是一种替代传统蒸馏技术的有效方法。+与传统的高分子膜相比，基于Ag载体-烯烃间可逆络合作用的促进传递膜以其优异的分离性能得到快速增长。然而，银盐的不稳定性一直是制约促进传递膜工业应用的瓶颈。为解决上述问题，首先，将含有强亲电取代基团的四氰基乙烯（TCNE）与银纳米粒子共混，利用强亲电子取代基较强的电子捕获能力将银纳米粒子表面活化，从而促进烯烃在膜内的传递。经压差法渗透性能测试发现，溶液混合法制备的乙基纤维素（EC）/Ag/TCNE促进传递膜对丙烯/丙烷的分离选择性达到9.24，与

4、空白膜相比，分离性能提升了2.68倍。此外，本论文经水热处理法制备多孔石墨烯（pore-rGO），将其作为分散相，掺入EC链段中，制备复合膜并考察其丙烯/丙烷分离性能。为考察纳米级孔对烯烃/烷烃分离性能的影响，本文还制备轻还原氧化石墨烯（L-rGO）和还原氧化石墨烯（rGO）。根据表征结果，三种石墨烯具有显著不同的形貌结构，但有一致的层数和晶体尺寸。膜的表征结果显示，石墨烯与EC链段间具有很好的相容性，且复合膜显示了优于纯EC聚合物膜的热性能与机械性能。在分离性能方面，与纯EC膜相比，三类复合膜显示出更好的分离性能，特别是多孔石墨烯复合膜，当多孔石墨烯在膜中的负载量为1.1

5、25wt.‰时，分离系数由3.45提升至10.42。对结果讨论发现，石墨烯表面的含氧官能基团并不利于丙烯/丙烷的分离，纳米孔则可促进其分离。进一步对复合膜的分离性能结果分析表明，含孔石墨烯的掺入有利于增加丙烯的扩散系数，而对两种气体的溶解度系数则无明显的影响。这些结果表明，含孔石墨烯材料或可作为烯烃/烷烃分离的替代材料。关键词：复合膜，丙烯/丙烷分离，乙基纤维素，促进传递，多孔石墨烯ivStudyonMicro-structureandPropylene/PropaneSeparationPropertiesofEthylCelluloseCompositeMembrane

6、MaterialsYuanBingBing(ChemicalEngineeringandTechnology)DirectedbyAsso.Prof.SunHaiXiangAbstractOlefin,suchasethyleneandpropylene,isaseriesofsignificantsynthesischemicalmaterials,whichiswidelyusedtogeneratepolyethylene,polypropyleneandotherolefinco-polymer.Olefinsareproducedinthepetrochemica

7、lindustrybysteamcrackingofparrafins,followedbyrepeatedcompressionanddistillationtoseparatethecomplexvapourmixtures.Thesecondstepisconsideredtobeahighlyenergy-intensiveprocessandresearchershavebeenextensivelystudiedforpossiblereplacements.Duetoitsloweroperating