聚丙烯腈基炭膜的制备及气体分离性能的研究.pdf

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1、第43卷第10期2015年10月化学工程CHEMICALENGINEEmNG(CHINA)Vbl．43No．10Oct．2015聚丙烯腈基炭膜的制备及气体分离性能的研究吴永红1，张兵1，张满闯1，周佳玲1，王同华2(1．沈阳工业大学石油化工学院，辽宁辽阳111003；2．大连理工大学化工学院，辽宁大连116024)摘要：以聚丙烯腈(PAN)作为前驱体，经过溶解、成膜、预氧化及炭化等步骤得到无缺陷炭膜。通过热质量损失、红外光谱、茗射线衍射和电子显微镜等技术分析了前驱体的热稳定性与微结构演变，研究了PAN交联结

2、构及预氧化温度与炭化温度对炭膜微观结构与气体分离性的影响。由结果可知：PAN膜最佳预氧化温度为230℃。较低的炭化温度或渗透压力有利于获得较高的气体渗透性。在预氧化温度230℃及炭化温度650℃所制备炭膜对0：／N：选择性达2．7。关键词：炭膜；聚丙烯腈；炭化；预氧化中图分类号：TQ028．8文献标识码：A文章编号：1005-91954(2015)10JD064旬5DoI：10．3969／j．issIL1005-9954．2015．10．014Preparationandgasseparationpemrm

3、anceofpolyacryloIIitrile-basedcarbonmembranesWUY伽曙．hon91，ZHANGBiIl91，ZInNGM锄-ch啪91，ZHOUJia-1．m91，WANGTo呜-h呦2(1．SchoolofPe咖chemicalEngineering，ShenyallgUniversityofTechnolog)r，LiaoyaJlg1l1003，HaoningProvince，China；2。SchoolofChemicalEn百neering，DaJiaIlUnivers

4、ityofTechnology，DaHan116024，LiaoningProvince，China)Ab瓯咫ct：Defect·fbecarbonmembIl蛐eswerepreparedusjngpo】yacrylonitrile(PAN)asprecursorviatheprocessesofdissolution，membrane-f0瑚ing，preo】【idationandpyrolysis．Thetlle珊alstability0fprecurSorandthestmcturalevoluti

5、onwereaIIalyzedbythe衄ograVimetricaIlalysis，iⅢhredspectroscopy，x-raydi丑FractionandelectmnIIlicmscopy．SimultaIleously，thecmsslinkingstmctureofPANandthee珏．ectsofpreoxidationtemperatureandpyr；0lysistenlperatureon山eIIlicmstmctureandgaspe瑚eationofcarbonmembr觚esw

6、erealsostudied．Resultsshowthattheoptimumpreoxidationtemperatureis230℃．Lowpyrolysistemperatureisfavorablefortheimpmvementofgaspe咖eabilityofcarbonmembmnes．Inaddition，pemeationatlowpressureisbenefittomesep锄“onped'o珊anceofcarbonmembmnes．Theselecti访tyofpresentc

7、arbonmembranesfor02／N2canreachto2．7whenthepreparationconditionispreoxidationtemperatureof230℃andpyrolysistemperatureof650℃．Keywords：c曲onmembmes；polyacrylonitrile；pyrolysis；preoxidation炭膜是一种分离用多孔性无机材料，具有丰富微孔隙结构、耐高温、耐酸碱、分离性高等优点¨剖。在富彩氮，回收氢气，脱除酸气，脱水，分离J烯／烷烃及膜反

8、应等广阔领域具有极其诱人前景"剖。经三十多年发展，人们在炭膜的制备与改性等方面取得许多重要进展。神j。研究发现，前驱体对炭膜的制备与气体分离性能的影响至关重要。聚酰亚胺虽然所制得炭膜气体分离性好，但其难溶性及昂贵价格限制了其应用¨0‘12J。聚丙烯腈(PAN)不仅溶解性好，且价廉、易得，更因其广泛用作碳纤维原料，使人们坚信它是优良炭膜前驱体u}16J。遗憾的是，目前仍鲜有PAN基炭膜气体分离性能的报道。鉴于此，收