納米粒子填充的管狀炭分子篩膜的研究.pdf

1、炭分子篩膜具有較好的氣體分離選擇性,且已有小型的商業(yè)產(chǎn)品和初步的中試應用.但炭分子篩膜的氣體透過率還不太高,從而限制了其大規(guī)模應用,開發(fā)高透過率和高選擇性的炭分子篩膜,成為迫切需要.在氣體分離膜中填充納米粒子可增加膜的氣體分離性能已經(jīng)有大量報道,但這方面的工作主要集中在將納米粒子填充到有機氣體分離膜,對無機氣體分離膜中填充納米粒子的研究還較少.本文詳細闡述了以氧化鋁陶瓷為支撐體、酚醛樹脂為炭源制備氣體分離用炭分子篩膜的過程,制備出了高選

2、擇性的炭分子篩膜.并在此基礎上,制備了納米Ni填充的Ni-炭分子篩膜和納米NaA型沸石分子篩填充的NaA-炭分子篩膜,并對制備的分子篩膜進行了一系列表征.首先,考察了支撐體孔徑、涂膜液濃度、涂膜次數(shù)等對炭分子篩膜的影響,確定了制膜的優(yōu)化條件.采用浸漬法結(jié)合超聲波技術得到了具有一定氣體分離能力的炭分子篩膜.經(jīng)四次涂膜制備的炭分子篩在60℃時,CO<,2>的透過率為1.1×10<'-9>mol·m<'-2>·s<'-1>·Pa<'-1>,C

3、O<,2>/N<,2>的理想分離因子為80,CO<,2>/CH<,4>的理想分離因子大于300,O<,2>/N<,2>的理想分離因子為6.8.然后,參照炭分子篩膜的制備條件,將納米Ni粉添加到酚醛樹脂乙醇溶液中作為涂膜液,制備了納米Ni填充的Ni-炭分子篩膜.考察了不同Ni含量的涂膜液對Ni-炭分子篩膜的影響,涂膜液中Ni含量在1wt﹪和3wt﹪時,制備的Ni-炭分子篩膜具有較好O<,2>/N<,2>分離能力,三次涂膜制備的Ni-炭分子

4、篩膜在60℃時,CO<,2>的透過率為2.5×10<'-9>mol·m<'-2>·s<'-1>·Pa<'-1>,CO<,2>/N<,2>的分離因子為48,O<,2>/N<,2>的分離因子為11.涂膜液中Ni含量在5wt﹪時,室溫下,兩次涂膜制備的Ni-炭分子篩膜的CO<,2>透過率為3.0×10<'-9>mol·m<'-2>·s<'-1>·pa<'-1>,CO<,2>/N<,2>的分離因子為4.4,而CO<,2>/H<,2>的分離因子高

5、達39,認為此Ni-炭分子篩膜為阻H<,2>、透CO<,2>的功能膜.最后,參照炭分子篩膜的制備條件,將納米NaA粉添加到酚醛樹脂乙醇溶液中作為涂膜液,采用浸漬法結(jié)合超聲波技術涂膜制備出了NaA型沸石填充NaA-炭分子篩膜.通過掃描電子顯微鏡觀察了功能炭分子篩膜的表面形貌和膜的厚度;以測量氣體透過膜的方法考察了膜的氣體分離性能.達到相近的氣體分離能力,NaA-炭分子篩膜與純炭分子篩膜相比,涂膜次數(shù)減少,O<,2>/N<,2>分離能力大大