Matrimid®5218/PSf双层非对称中空纤维膜的制备及其气体分离性能研究

以商业化聚酰亚胺Matrimid®5218作为功能层材料, 聚砜作为支撑层材料, 采用共挤出法制备双层非对称中空纤维气体分离膜. 所制备的双层非对称中空纤维膜具有致密无缺陷的超薄皮层, 致密皮层厚度约为0.21 μm. 在25 ℃, 0.5 MPa下, CO2/CH4的选择性系数达51.39, CO2的渗透系数为46.29 GPU, O2/N2的选择性系数达到7.13, O2的渗透速率为6.38 GPU. 考察了温度和压力对膜的渗透系数和选择性系数的影响, 并考察了物理老化对膜性能的影响.     

聚酰亚胺6FDA-mPDA及其非对称中空纤维膜的气体渗透性能

用两步法制备了聚酰亚胺2,2＇-双（3,4-二羧酸苯基）六氟丙烷二酐（6FDA）-1,3-苯二胺（mPDA）．测定了聚合物致密膜的密度、自由体积分率和玻璃化转变温度．制备了不同干纺距离下具有超薄致密皮层的聚酰亚胺中空纤维膜．制备的中空纤维膜在25℃,0．5MPa下,O2的渗透速率为19．10GPU,O2／N2分离系数为5．99,CO2的渗透速率为106．34GPU,CO2／CH4的分离系数为82．00．致密皮层的厚度约为96nm．考察了操作温度对膜性能的影响,结果表明,随着温度的升高,膜的渗透速率增大,分离系数减小．物理老化对膜性能的实验结果表明,随着老化时间的增加,膜的渗透速率减小,分离系数增大．膜的致密层厚度影响膜的老化性能．     

基于高度非对称结构电解质中空纤维的微管式固体氧化物燃料电池制备

提出了一种简单而方便的微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFCs)的制备新方法.首先应用改进相转化-烧结技术制备由致密电解质表皮薄层和多孔支撑层构成的高度非对称结构电解质中空纤维膜(微管),在电解质中空纤维膜的多孔支撑层内通过化学镀法沉积Ni催化剂作为电池阳极,而致密电解质表皮层直接作为电解质膜,在电解质微管外表面用浆料涂层法制备电池的多孔阴极,烧结后即得到完整的MT-SOFC.应用该方法制备了Ni-YSZ|YSZ|LSCF微管式电池,该电池以H2/空气作原料气,在800℃时最大输出功率达到159.6mWcm-2.     

PEBAX®2533/PSf中空纤维复合膜制备及阻力性能

采用浸渍涂层法制备了聚醚共聚酰胺(PEBAX®2533)/聚砜(PSf)中空纤维复合膜. 考察了涂层液浓度、 温度和基膜预处理对复合膜结构、 阻力及渗透性能的影响, 并考察了操作压力对膜渗透性能的影响. 实验结果表明, 随着涂层液浓度的增加, 复合膜致密层厚度及阻力增大, 复合膜总阻力及支撑层阻力先增大后减小, CO2渗透速率先减小后增大, 分离系数增大. 随着涂层温度升高, 复合膜致密层厚度及阻力减小, 支撑层阻力增大, 复合膜总阻力先减小后增大, 分离系数和渗透速率先增大后减小. 经过预处理, 复合膜致密层厚度减小、 阻力大幅度减小, CO2渗透速率增大58%, 分离系数略有下降. 复合膜支撑层阻力过大, 尤其是支撑层的致密结构影响复合膜的塑化行为.     

NaA分子筛膜催化剂上CO和C2H4混合气的选择性氧化反应

采用二次水热法,在Pt/Al2O3球形催化剂颗粒上合成了致密的NaA分子筛膜.分别以X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的分子筛膜催化剂结构及形貌进行表征,结果显示经二次合成的Pt/Al2O3球形催化剂颗粒上均匀地覆盖一层致密、均一的NaA分子筛膜,膜的厚度约为20 μm.将合成的NaA分子筛膜催化剂用于CO和C2H4混合气氧化反应,考察了催化剂表面分子筛膜对反应物分子的选择性,在最优条件下,CO对C2H4的氧化反应选择性始终维持在96%.这种复合膜催化剂可用于选择性除去C2H4,原料气中的CO.     

基于聚合物中空微球构建膜内纳米空腔及其对气体渗透性能的影响

分别以四氢呋喃丙烯酸酯和双季戊四醇六丙烯酸酯为油相反应单体和交联剂,利用界面引发剂在无表面活性剂微乳液油水界面处引发聚合,制备了中空微球,浇铸形成具有纳米空腔的中空微球膜.考察了膜内纳米空腔对分离膜气体渗透性和分离性的影响.结果表明,制备的中空微球平均粒径为116. 7 nm,中空结构明显,壳层厚度为10～20 nm;中空微球膜的渗透分离性能较壳层材料的本征值有显著提升,在35℃,0. 2 MPa条件下,CO_2的渗透系数增大1. 4～5. 7倍,且分离系数也有所提升.     

纤维素醋酸丁酸酯/碳纳米管混合基质膜的气体分离性能

通过溶液复合-溶液成膜的方法,制备了一系列纤维素醋酸丁酸酯(CAB)/多壁碳纳米管(MWCNTs)的新型混合基质膜.表征了CAB/MWCNTs膜材料的形貌、结构与力学性能.结果表明,MWCNTs与CAB界面未见明显缺陷存在,混合基质膜材料具有良好的力学性能.进一步考察了不同MWCNTs含量(2 wt%~30wt%)对CAB/MWCNTs混合基质膜材料的气体分离性能的影响.发现,随着混合基质膜中MWCNTs含量的增加,其对几种测试气体(O2、N2、CH4、CO和CO2)的渗透系数均明显提高,尤其是常见气体对中的"快气"——O2和CO2的渗透系数提高显著:当MWCNTs含量为30 wt%时,所制备的混合基质膜对O2和CO2渗透系数分别达到40.24和180.20 Barrer,比纯CAB膜分别提高了约300%和260%;同时,混合基质膜对多种气体对均表现出优异的分离效果.     

中空纤维致密膜基吸收CO2传质过程

研究了硅橡胶/聚砜中空纤维致密膜基吸收CO2的传质机理,考察了吸收剂种类(NaOH,MEA,DEA和TEA)、NaOH浓度、吸收剂流速、吸收剂压力和气相压力对CO2传质通量及传质速率的影响.其中,用2×103mol/m3NaOH作吸收剂时,聚合物膜传质为控制步骤,其传质效率与膜自然渗透相近.     

分离丙烯/丙烷的超薄聚电解质中空纤维复合膜的制备

以含二氮杂萘联苯结构的聚芳醚砜酮PPESK(Tg为263~305℃)为膜材料,以干-湿纺丝技术制备基膜,外涂法涂覆聚电解质(聚乙烯基吡咯烷酮PVP)并络合Ag 离子,制备了超薄皮层中空纤维复合膜,皮层厚度约为1μm。研究了复合膜聚电解质涂层PVP质量分数、Ag 含量、气体压力差、测试温度和不同过渡金属离子等对复合膜丙烯/丙烷分离性能的影响。结果表明,在压力为200kPa、温度为23℃下,当PVP质量分数为10%、n(Ag )∶n(CO)=1∶1的条件下,复合膜对丙烯渗透率可达16.32GPU,分离系数为4.79。     

多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离

兼具高通量和高选择性的气体分离膜是研究膜分离材料的目标.采用相转化法制备了聚酰亚胺非对称膜,并将其作为基底膜材料,分别在其表面修饰掺有金属有机框架材料Cu₃(BTC)₂ (1, 3, 5-均苯三甲酸合铜),沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8以及镁铝水滑石MgAl-LDHs的聚酰胺酸溶液,经热亚胺化后制成非对称混合基质膜.研究了该系列非对称混合基质膜的结构特性和对CO₂、CH₄和N₂气体分离性能;考察了ZIF-8的掺杂量对非对称混合基质膜透气性能的影响.结果表明非对称聚酰亚胺膜的表面修饰可有效地改变膜的表面性质,掺杂ZIF-8的非对称混合基质膜气体的透气性能和选择性都增加,且掺杂量为5% (w)时CO₂/N₂和CO₂/CH₄的理想选择性分别高达24和83,为合成高效的CO₂分离膜提供了借鉴.     

致密皮层非对称气体分离膜的制备

以湿相转化法制备出分离性能优良的致密皮层非对称气体分离膜；建立了醋酸纤维素 丙酮 甲醇三组分制膜体系，所制得的致密皮层醋酸纤维素非对称气体分离膜，在室温、０５ＭＰａ进气压力下，该膜对ＣＯ２／ＣＨ４的分离系数３０，ＣＯ２透气速率可达１８×１０－８ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２·ｓ·Ｐａ；扫描电镜图显示该膜表层致密、超薄（约２００ｎｍ）、支持层疏松，为理想结构的非对称气体分离膜．     

同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜研究

利用二维编织技术将聚丙烯腈(PAN)纤维编织成中空编织管,以聚丙烯腈为成膜聚合物,以聚乙二醇为成孔剂,配制铸膜液,采用同心圆纺丝法制备同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜.研究结果表明,所得同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜的表面分离层具有类似于非对称膜的结构,铸膜液可渗入编织管纤维束中;随着编织管编织节距的增大,同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜表面分离层厚度减小,同时膜的平均孔径增大,膜的纯水通量随之增大;铸膜液渗入编织管纤维束的现象未影响膜的通透性能;编织管的断裂强度最大可达100 MPa以上.通过水浴振荡、超声波水浴振荡及等力拉伸3种方法测试了同质编织管增强型中空纤维膜和异质编织管增强型中空纤维膜中编织管与表面分离层之间的界面结合性能,结果表明前者的界面结合性能优于后者.     

抗油污染α-纤维素中空纤维超滤膜油-水分离性能的研究

以α-纤维素为原料,一水合N-甲基吗琳-N-氧化物(NMMO.H2O)为溶剂,聚乙二醇(PEG400)为添加剂,去离子水为内外凝胶浴,采用浸入相转化法制备用于油水分离的中空纤维非对称超滤膜,并采用纯水通量表征了膜的性能.用纤维素中空纤维超滤膜进行油水分离实验,油水乳液的截留率可达到99%以上,渗透液含油量小于10 mg/L,达到国家环境保护排放要求.考察了物理清洗、物理清洗加0.1 mol/L HCL清洗、物理清洗加0.1 mol/L NaOH清洗3种清洗方法对油水污染后膜的清洗效果.其中,物理清洗加0.1 mol/LNaOH清洗的清洗方法的通量恢复率达到99%.与其它种类的膜相比,α-纤维素中空纤维膜的油水通量衰减率仅为9.5%,表现出优异的抗油污染性能.     

含有聚醚链段的可溶性聚酰亚胺气体分离膜材料及其性能

将4,4'-六氟亚异丙基-邻苯二甲酸酐(6FDA)和1,3-苯二胺(mPDA)与二端氨基聚醚缩聚, 得到含有聚醚柔性链段的聚酰亚胺气体分离膜材料. 所合成的共聚聚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮(NMP)和四氢呋喃(THF)等有机溶剂中具有良好的溶解性能. 研究了O2, N2, H2, CH4和CO2在聚酰亚胺均质膜中的渗透性能, 考察了二端氨基聚醚的含量、链长和化学结构对气体渗透性能的影响. 结果表明, 聚醚链段的引入增大了气体的扩散系数, 气体的渗透系数显著增大; 聚醚链段与CO2相对较强的相互作用, 增大了对CO2/N2的溶解选择性, CO2/N2的分离性能优于CO2/CH4, 同时CO2比H2优先透过膜.     

PAN基中空纤维炭膜炭化条件的研究

研究了以ＰＡＮ其中空纤维膜为基质制备中空纤维央膜的过程。考察了ＰＡＮ厚膜的预氧化和炭化条件对中空纤维炭膜Ｈ２，Ｎ２气体渗透性和选择性的影响。结果表明，预氧化温度和时间对Ｈ２，Ｎ２气体的渗透速率有一定影响；     

中空纤维复合膜

中空纤维复合膜是分离膜的一种,它是由两种(或两种以上)不同的材料采用一定的制备工艺复合而成的,其优点是将中空纤维的结构特点(如自支撑等)和复合膜的分离优势(如高选择性高通量等)有机结合.本文首先介绍了中空纤维复合膜的基膜及复合层所用到的材料(或添加材料),并按照中空纤维复合膜的结构特点对其进行了简单的分类,并重点论述了中空纤维复合膜的制备设备及工艺.最后论述了中空纤维复合膜在渗透汽化、气体分离和纳滤等领域的研究进展和应用情况,指出中空纤维复合膜需要继续深入的研究内容.     

PPESK纺丝液相分离行为与气体分离膜结构性能的关系

以含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮(PPESK)为制膜材料纺制了中空纤维气体分离膜,通过浊点滴定和线性浊点关联式(LCP关系式)计算,对PPESK三元纺丝液体系的相分离行为进行了研究,得到了PPESK三元纺丝液体系相图的相平衡曲线;并由PPESK/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/γ-丁内酯(GBL)和PPESK/DMAc/丙酸(PA)体系相分离数据计算了PPESK的θ溶剂中GBL和PA与DMAc的比例.结果表明,在PPESK/DMAc/PA和PPESK/DMAc/H2O体系中,浊点滴定实验得到的相平衡曲线与依据LCP关系式计算得到的相平衡曲线吻合;体系热力学性质稳定的纺丝液体系易于制备出结构致密、选择性高的中空纤维气体分离膜;非溶剂添加剂(NSA)/DMAc混合溶剂的θ组成对膜性能有至关重要的影响,NSA/DMAc高于θ组成时,膜性能发生突变,NSA/DMAc低于θ组成时,制得的膜性能良好;力学性能测试表明PPESK中空纤维膜具有良好的机械强度.     

钯/陶瓷中空纤维复合膜反应器中的水煤气变换反应

 采用化学镀法制备了钯/陶瓷中空纤维复合膜,并将该膜反应器用于水煤气变换反应,考察了水碳摩尔比、反应温度及压力对反应的影响. 结果表明,膜反应器中的CO转化率不仅可以超过固定床反应器中的转化率,在一定条件下还可以超过反应的平衡转化率.     

添加PVP和涂覆聚合物对PAN基中空纤维炭膜性能的影响

研究了用ＰＡＮ基中空纤维膜为基质制备气体分离用中空纤维炭膜的过程。考察了添加剂ＰＶＰ对炭膜的Ｈ２，Ｎ２气体渗透速率，分离系九和柔韧性的影响。同时，研究了用丙烯腈共聚物对中空纤维炭膜涂覆改性后Ｈ２，Ｎ２气体的渗透速率和分离系数。     

Au/Fe2O3催化剂的制备及其对富氢气体中一氧化碳选择性氧化的催化性能

 采用共沉淀法制备了1.5%Au/Fe2O3催化剂,考察了加料方式对Au/Fe2O3催化剂化学组成及其催化富氢气体中CO选择性氧化性能的影响. 结果表明,正加法制备的Au/Fe2O3催化剂的性能明显好于反加法制备的催化剂,80 ℃时前者对富氢气体中CO选择性氧化反应的转化率为94%,CO2选择性为65%,连续反应10 h,催化剂活性没有变化. XRD,XPS和TEM等的测试结果表明,正加法制备的Au/Fe2O3催化剂中金粒子的平均粒径为2～4 nm,金粒子高度分散在载体上,并与载体之间发生了较强的相互作用,从而表现出较高的催化性能.