CO_2捕集炭膜的前驱体结构设计及性能

从分子结构设计出发,合成了一系列新型刚性、高自由体积的聚酰亚胺炭膜前驱体,并制备了炭膜.采用热重分析(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)研究了不同聚酰亚胺前驱体的热分解特性及在热解炭化过程中化学结构、微结构的变化规律;测试了所制备炭膜的气体分离性能.结果表明,前驱体的自由体积分数显著影响炭膜的气体分离性能;聚合物结构越具刚性,自由体积越大,所得炭膜结构越疏松,极微孔道尺寸越大,越有利于气体分子在炭膜极微孔道中的渗透、扩散与传输.其中,刚性大体积基团芴基、酚酞cardo基团和六氟异丙基的引入能有效破坏分子链间的堆积,提高聚合物的自由体积,所形成炭膜的结构较疏松,均表现出优异的气体渗透性和分离选择性,超越了Robeson上限,解决了传统炭膜气体渗透性能低的问题.特别是采用羟基官能化聚酰亚胺前驱体制备的炭膜在保持较高气体分离选择性的同时,CO_2气体的渗透性高达24770 Barrer(1 Barrer≈7.5×10-18m2·s-1·Pa-1),可实现对CO_2的有效分离和捕集,展现出良好的商业化应用前景.     

前驱体分子结构对聚糠醇基碳膜微结构及气体分离性能的影响

分别以草酸(OA)和碘(I)两种催化剂合成聚糠醇(PFA)前驱体制备气体分离碳膜. 采用TG, FTIR和XRD对其微结构进行研究, 并通过纯组分气体的渗透实验对碳膜的分离性能进行了探讨. 研究结果表明, 在热解过程中, 两种结构的聚糠醇都是通过脱氧、重排、环化、芳构化等热分解和热缩聚反应逐渐转化为无定形的乱层碳结构, 但热分解反应过程明显不同, 所形成碳膜微结构的差异也很大. 草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜的微晶Lc值比碘催化剂制备碳膜的大, 而d(002)和La值则比后者的小, 表明草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜碳微晶片层数多、排列规则、结构缺陷和孔隙均小于碘催化剂制备的聚糠醇碳膜, 而且其气体分离选择性较高、渗透通量较小, 表明聚糠醇的分子结构对所制备碳膜的微结构及气体分离性能有很大影响.     

含四芳基咪唑结构的热重排气体分离膜的制备与性能研究

合成了一种新型含四芳基咪唑结构的二胺单体4,4’-(4,5-二苯基-(3-羟基-4-氨基苯氧基)苯基)咪唑(PMAPPP),然后分别与5种二酐单体聚合,经热酰亚胺化处理得到含羟基聚酰亚胺(HPI)薄膜.接着,对这些薄膜进行450℃热处理,得到相应的热重排(TR)膜材料,并对薄膜进行了结构与性能表征.结果表明,刚性大体积四芳基咪唑结构的引入使HPI膜表现出优异的热性能和力学性能,玻璃化转变温度在263～361℃,拉伸强度在98.4～118.3 MPa.热重排后,TR膜的气体分离性能得到了显著提高.其中,TR(PMAPPP-6FDA)的气体渗透性能最佳,即H₂ (269.31 Barrer)、CO₂ (284.25 Barrer)、O₂ (62.75 Barrer)和N₂(10.67 Barrer),CO₂/N₂和O₂/N₂的理想选择性分别为25.24和5.88,且O₂/N₂     

生物质炭基固体酸催化剂的制备

 以生物质木粉为原料, 采用炭化-磺化法制备了炭基固体酸催化剂, 并用于油酸与甲醇的酯化反应, 考察了制备条件对炭基固体酸催化剂活性的影响. 采用 X 射线衍射、红外光谱、热重分析、高分辨透射电子显微镜及元素分析等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 由生物质木粉制备的炭基固体酸催化剂具有较高催化酯化反应活性, 在 400 oC 下炭化 0.5 h, 135 oC 下磺化 1 h 制备的炭基固体酸催化剂在精馏分水连续酯化装置中催化油酸与甲醇的酯化反应 2 h 时, 酯化转化率达到 96%. 采用炭化-磺化法制备的生物质炭基固体酸催化剂具有蠕虫状的无序乱层炭结构, 磺酸基 (－SO3H) 含量高达 13.25%, 并且在 220 oC 以下时具有良好的热稳定性.     

热致刚性膜材料的合成与气体分离性能研究

以丙酮为溶剂,将9,9-双(4-羟基苯基)芴(BHF)于室温下进行硝化反应得到二硝基化合物9,9-双(3-硝基-4-羟基苯基)芴,再经Pd/C-水合肼还原得到9,9-双(3-氨基-4-羟基苯基)芴(BAHF).采用上述二胺单体BAHF、与9,9-双(4-氨基苯基)芴(BAF)和六氟二酐(6FDA)通过低温溶液缩聚反应制备出一种含酚羟基的共聚聚酰胺酸溶液,经热酰亚胺化和热致重排反应得到共聚聚酰亚胺(CPI)和聚(酰亚胺-苯并恶唑)(PIPBO)热致刚性膜材料.采用核磁(NMR)、红外光谱(FTIR)、X-射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)和气体渗透性能测试等手段对所制得膜材料的结构、热性能和气体分离性能进行表征.研究结果表明,所制得的热致刚性膜主要表现出非晶结构,为无规共聚物,其Tg为340℃.随热处理温度升高,热致刚性膜的气体渗透性逐渐增加,450℃制得的热致刚性膜对O_2、N_2、H_2、CH_4和CO_2的渗透通量分别达到229.03、53.26、1497.35、33.52和818.76 Barrer.     

褐煤快速热解半焦的孔结构特性

本文以CO_2、N_2为吸附质,采用经典的静态法和色谱法对两种褐煤快速热解半焦的孔结构特性进行了研究,考察了矿物质对其半焦表面积的影响及它们在气化过程中的变化。1.实验部分(1)样品制备选取粒度为40—60目的宝日锡勒和扎赉诺尔褐煤用于快速热解。其工业分析、元素分析数据见表1。     

用HF和H2SiF6脱灰制高精煤

用以氢氟酸(HF)为主体的脱灰剂,在较温和条件下,对大同烟煤进行了连续多步骤和混合酸的脱灰研究。结果表明,用混合酸比单用氟硅酸脱灰效果更好;采用连续多步骤的脫灰工艺可制得灰分≤0.5%的高精煤。对大同烟煤脱灰前后的灰组成分析表明,高精煤中的灰分含量与其所含的硅、铁组分的质量之和呈线性关系。