分子水平設(shè)計雜化膜及CO2分離研究.pdf

1、二氧化碳既是溫室氣體的主體又是重要經(jīng)濟資源，因此分離排放源（煤電廠、鋼廠等）煙道氣中的CO2具有重要意義。聚酰亞胺膜是一種優(yōu)良的高分子氣體分離膜材料，然而氣體滲透性和選擇性之間的相互制約阻礙了其在工業(yè)中氣體分離的大規(guī)模地應(yīng)用。依據(jù)分子結(jié)構(gòu)及組成對膜的氣體分離性能的影響，在分子水平上對已有的聚酰亞胺結(jié)構(gòu)進行設(shè)計或改性可以提高膜的滲透選擇性能，甚至有望超越“Robeso n”上限。
　　以3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐（BTD

2、A）和4,4’-二氨基二苯醚（ODA）為聚合單體采用兩步法合成 PI膜，并將涂膜液濃度為14％、熱亞胺化終溫300℃作為最佳制膜工藝。在此基礎(chǔ)上，為提高PI膜對CO2/N2體系的滲透分離性能，通過摻雜不同含量的交聯(lián)劑（對苯二胺磺酸鈉）和無機相（13X分子篩、ZIF-8）制備了相應(yīng)的交聯(lián)膜和混合基質(zhì)膜。結(jié)合膜微觀結(jié)構(gòu)的表征數(shù)據(jù)和CO2、N2氣體滲透數(shù)據(jù)探究了C O2在膜內(nèi)的滲透分離機理。
　　交聯(lián)膜在對苯二胺磺酸鈉為1/2 PI摩爾

3、量時取得最佳分離效果，膜的CO2滲透系數(shù)為11.91×10-10mol·m-2s-1Pa-1，相應(yīng)的CO2/N2理想分離系數(shù)為7.48；PI/X型混合基質(zhì)膜在13X分子篩摻雜量為15%時，膜結(jié)構(gòu)和分離效果最好，膜的CO2滲透系數(shù)為1.48×10-8mol·m-2s-1Pa-1，相應(yīng)的CO2/N2分離系數(shù)為8.2；PI/ZIF-8型混合基質(zhì)膜在 ZIF-8摻雜量為7%時，膜結(jié)構(gòu)和分離效果最優(yōu)，膜的CO2滲透系數(shù)為2.79×10-9mol·