密胺苯二醛多孔聚合物/聚二甲基硅氧烷混合基质膜的制备及气体分离性能

以溶液复合成膜法制备了密胺苯二醛多孔聚合物(MA)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合基质膜,利用扫描电镜(SEM)表征了混合基质膜的形貌。考察了不同MA用量下MA/PDMS混合基质膜的气体分离性能,结果表明,MA的加入可以在提高PDMS膜渗透系数的同时提高CO_2气体分离选择性;随着混合基质膜中MA含量的增加,混合基质膜的渗透系数均明显提高,气体分离选择性则先增大后减小。双组分混合气体分离测试结果表明,MA/PDMS(1.2%(w,质量分数))混合基质膜对CO_2/N_2和CO_2/CH_4的分离选择性分别是19.2和6.0,CO_2的渗透系数达到8100Barrer,均高于纯PDMS膜。MA/PDMS(1.2%(w))混合基质膜对CO_2/N_2混合气的分离性能突破了Robeson上限。     

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0.21μm.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.     

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.     

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.     

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.     

气体分离用MOF基混合基质膜的界面构建策略

混合基质膜结合多孔填料优异的气体分离性能和聚合物材料良好的加工性能,被认为是最具有应用前景的一种气体分离膜材料。金属-有机框架材料(MOF)由于具有高比表面积和孔隙率、可调节的孔径以及可修饰的表面性能,成为制备混合基质膜的重要多孔材料。本文针对MOF基混合基质膜制备中所面临的主要挑战,聚焦于MOF和聚合物界面缺陷问题,分析了界面缺陷的产生原因及其对性能的影响,重点阐述了改善MOF填料和聚合物基质界面相容性的策略,以期为制备具有良好的界面形态和优异的气体分离性能的混合基质膜提供借鉴思路。     

金属有机骨架材料/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

合成了3种不同结构、 粒径和气体吸附性能的金属有机骨架材料(MOFs): 微米级Cu₃(BTC)₂、 亚微米级ZIF-8和S-Cu₃(BTC)₂. 氮气吸附等温线分析结果表明, ZIF-8和Cu₃(BTC)₂具有较大比表面积(1653和1439 m²/g), S-Cu₃(BTC)₂的比表面积为171.4 m²/g. 用共混法将MOFs直接引入聚酰亚胺中制备了MOFs/聚酰亚胺混合基质膜(MMMs). X射线衍射(XRD)和全反射红外光谱(FTIR-ATR)分析结果表明, MOFs在混合基质膜中保持物理和化学稳定. 气体渗透测试结果表明, MOFs的加入使膜的气体渗透分离性能明显提高, S-Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了1.75倍; ZIF-8和Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了3倍左右; 同时, 膜的气体分离系数变化很小.     

聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的制备与性能

用溶液插层及其与熔体混合相结合的母料熔体混合 (MMM)方法制备了聚丙烯 (PP) 马来酸酐接枝聚丙烯 (gPP) 膨胀石墨 (EG) (gPP EG =3 2wt)导电纳米复合材料 ,其室温逾渗阀值 (c)分别为 6wt%和 8wt % ,明显低于直接熔体混合制得复合材料和PP EG对照材料的c=11wt%和 12wt% .增加gPP含量 (Cg)能提高复合材料的电导率 (σ) ,例如对于MMM法制备的复合材料 ,固定PP gPP =1 1wt时 ,c 降为 7wt% ;保持EG含量 =9wt%时 ,σ在Cg>30wt %后跃升 7个数量级以上 .通过TEM、SEM和OM观察 ,从制备方法、EG和gPP含量影响复合材料形态和微结构的角度 ,分析说明了出现上述差异和现象的原因 .     

利于透过CO2的纤维素酯/离子液体复合膜

目前,以CO2为主的温室气体的大量排放导致温室效应加剧,造成全球变暖,已成为全球最关注的环境问题之一.因此,CO2的分离回收成为大家关注的焦点.现有的膜分离方法凭借成本低、效率高、工艺简单和可靠性高等优点应用十分广泛,膜技术用于CO2/CH4和CO2/N2分离已有30多年的历史[1].在各种分离膜材料中,高分子材料占主导地位.各种新型高分子气体分离膜材料被研究报道[2],其中包括用于CO2选择性分离的高分子膜材料[3].但高分子膜多存在生产工艺复杂、成本较高等缺点,并且其渗透性能和选择性能存在此消彼长的制约关系[4].因此,制备低成本、绿色环保且兼     

多壁碳纳米管对聚甲醛性能的影响

将多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚甲醛(POM)在转矩流变仪中熔融混合得到POM/MWCNT复合材料.研究了复合材料的形态,导热性能,导电性能,流变性能和结晶性能.结果表明,MWCNTs在没有经过处理的情况下能够均匀地分散在POM基体中;当向POM中添加1.0 wt%含量MWCNTs时,复合材料的导热系数上升到0.5289 W/(K m),比纯POM的导热系数0.198 W/(K m)提高1.5倍,通过有效介质方法(EMA)验证了体系导热系数提高幅度不大的原因是MWCNTs与POM之间形成了很高的界面热阻;当MWCNTs的含量为1.0 wt%时,体系产生了导电逾渗效应,逾渗值在0.5 wt%~1.0 wt%之间;MWCNTs对POM有显著的成核作用,当向POM中添加0.5 wt%含量的MWCNTs时,POM的结晶温度提高6℃左右,但当MWCNTs的添加量进一步增加时,结晶温度几乎不再变化,成核效果呈现"饱和"状态.另外,材料的复数黏度,储能模量和损耗模量随MWCNTs含量的增加而增加.     

CO2选择性透过膜材料的制备

作为一种主要温室气体和一种重要的"潜在碳资源",CO2的分离和回收备受关注.与传统的CO2分离方法相比,膜分离技术具有不可比拟的优势.本文对近年来CO2选择透过无机膜、聚合物膜和促进传递膜等膜材料的制备方法及改性研究进行了综述,并对CO2选择性透过膜材料未来的发展进行了展望.     

含聚醚链段聚酰亚胺膜的制备及气体分离性能

利用均苯四甲酸二酐（PMDA）与4,4’-二氨基二苯醚（ODA）和聚醚胺（PPO, Mn～2000）共聚合,合成聚酰胺酸前驱体,经热处理得到一系列含PPO链段的聚酰亚胺薄膜.研究了PPO链段的引入对薄膜结构及气体分离性能的影响.结果表明,在芳香族聚酰亚胺中引入柔性链段PPO有利于气体分子的传输.得益于PPO链段在分离膜内部形成的微相分离结构,气体分子在分离膜内的扩散系数随PPO含量的增加显著提升.当PPO含量为65 wt%时,PPO链段在分离膜内仍呈现非晶相,CO₂渗透系数高达131.61 Barrer,比PMDA/ODA均聚聚酰亚胺薄膜提高22倍.同时,得益于聚醚链段对CO₂独特的亲和作用,随着PPO含量的提高,分离膜对CO₂/N₂的分离系数由18.77提高至30.12.结果表明PPO链段的引入对于调控聚酰亚胺膜的结构和气体分离性能具有重要作用.     

定向含硼MFI型沸石膜对纯气体的渗透性以及对乙醇/水体系的分离选择性

研究定向含硼MFI型沸石膜和原多孔玻璃基材对纯气体的渗透性以及对乙醇/水体系的分离选择性.原多孔玻璃基材对纯气体的透过表现出诺森扩散选择性,表明气体以诺森扩散通过.纯气体透过焙烧后的B-A1-ZSM-5沸石膜,H₂,He,Ne,Ar,O₂,CO₂对N₂的理想选择性分别为16.8,15.6,12.6,9.41,8.60,5.32;CO和SO₂对N₂的理想选择性分别为0.135和0.0179;O₂对CO和SO₂的理想选择性分别为63.7和480.2.这表明该类沸石膜对纯气体的透过不仅具有良好的理想选择性,而且可能为新型防毒面具提供一种很好的可选材料.渗透汽化实验表明,在测定温度范围内原多孔玻璃基材对三种不同浓度的乙醇/水体系几乎没有分离性能.焙烧后的B-A1-ZSM-5沸石膜对5 wt%,50wt%和95wt%乙醇/水体系的分离,水的最大分离系数分别为28.2,135.7和518.5,且温度均为303 K.表明该MFI型沸石膜具有强的亲水性.     

溶胶凝胶法合成聚酰亚胺二氧化钛杂化膜

溶胶凝胶法制备了负载型聚酰亚胺 二氧化钛杂化膜 ,采用扫描电镜、红外光谱、TG DTA、压汞法和气体渗透性能测试装置对膜材料的表面形貌、表面结构、热性能、孔径分布和气体渗透性能进行了表征 .结果表明 ,杂化膜材料形成了有机相包裹无机相的交联结构 ;聚酰亚胺与二氧化钛粒子形成了新型键联结构 ;其热分解温度随二氧化钛含量的增加而降低 ,在 4 5 0℃以下热稳定性优于聚酰亚胺膜材料 ;平均孔径随二氧化钛含量增大而增大 ,孔径分布趋于弥散 ;N2 、H2 和CO2 在膜内渗透由Knudsen扩散控制 ,H2 O N2 分离因子均大于Knudsen扩散值 ,表现出良好的亲水性 .     

纤维素/甲壳素共混膜的结构表征与抗凝血性能

以 6wt %NaOH 4wt%尿素为纤维素的新溶剂 ,采用溶液共混法制备出纤维素 甲壳素共混膜 ,为甲壳素在碱性溶液中制膜提供了新的方法 .红外光谱、X 射线衍射、扫描电镜和力学性能、抗凝血性能测试结果表明 ,共混膜中甲壳素含量低于 4 0wt%时 ,纤维素与甲壳素分子间具有良好的相容性 ;在纤维素中引入适量甲壳素可提高共混膜的抗张强度 ,共混膜的干、湿态抗张强度在甲壳素含量 10wt%时最大 ,其值分别为 89 1MPa和 4 3 7MPa ,比纯态纤维素膜的干、湿态抗张强度分别提高了 6 7%和 11 5 % ;甲壳素的引入可明显降低血小板在共混膜表面的粘附、凝聚与变性 ,增大共混膜的抗凝血参数 ,甲壳素含量达到 5 0wt%时 ,该共混膜具有良好的抗凝血性能     

CO2捕集膜分离的Pebax基材料研究进展

膜分离CO₂技术是实现“双碳”目标的关键技术手段之一,而膜材料的性能对膜分离效果具有重要影响.聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)对CO₂具有较高的渗透性和选择性,其自身具有高机械强度和良好的化学稳定性,且价廉易得,是一种极具潜力的聚合物气体分离膜材料.本综述介绍了用于CO₂捕集的Pebax基膜材料的特征及其气体分离性能的影响因素,重点概述了Pebax制备工艺优化、促进传递膜、交联和共混四种Pebax超薄复合膜的优化方式,并综述了Pebax基混合基质膜及填料功能化的研究进展.针对目前Pebax基材料存在渗透性和选择性权衡的问题,对Pebax基膜材料未来的优化方向作出了展望.     

钴掺杂二氧化硅膜的制备、表征及氢气分离性能

采用正硅酸乙酯(TEOS)和Co(NO3)2.6H2O为前驱体通过溶胶-凝胶法制备掺钴微孔二氧化硅膜,研究钴在二氧化硅膜材料中的存在状态、膜材料孔结构以及膜材料的气体渗透和分离性能。结果表明钴元素以Si-O-Co的形式存在于SiO2骨架之中,掺杂Co 10%的微孔SiO2膜具有典型的微孔结构,其孔体积为0.119 cm3·g-1,平均孔径在0.52 nm左右且孔径主要分布在0.4～0.55 nm之间。氢气在膜材料中的输运低温下遵循Knudsen扩散机理,高于100℃时遵循活化扩散机理,300℃时膜材料的H2渗透率达到6.41×10-7 mol.m-2.s-1.Pa-1,H2/CO2分离系数达到6.61,高于Knudsen扩散的理想分离系数。     

聚酰亚胺/SiO2杂化膜的制备、表征和气体渗透性能

采用溶胶凝胶法,在以TiO2为过渡层的硅藻土-莫来石陶瓷膜管基底上,制备了组分不同的聚酰亚胺/SiO2杂化膜。聚酰亚胺是利用4,4′-六氟亚异丙基邻苯二甲酸酐、2,4,6-三甲基-1,3-苯二胺和3,5-二氨基苯甲酸在溶液中进行亚胺化完成的。采用FT-IR、TG/DTA、DSC、SEM、BET和气体渗透测定对膜进行了表征和测试。结果表明,聚酰亚胺通过支链上的羧酸基和SiO2相键连织构成了具有规则孔道的空间网状结构,并且随着SiO2含量的增加孔径逐渐减小;杂化膜具有较高的热稳定性和有机无机兼容性;相对于聚酰亚胺膜,杂化膜对H2、CO2和H2O与N2相比较具有较高的分离性,SiO2含量为25(wt)%的杂化膜对H2/N2、CO2/N2和H2O/N2的分离因子分别达到55.9、31.1和42.8。     

老化对聚(1-三甲基硅基-1-丙炔)气体渗透性能的影响

采用溶液浇铸法,制备了厚度为50~202 μm的聚(1-三甲基硅基-1-丙炔)(PTMSP)膜,研究了膜厚度、储存温度以及储存气氛对其气体渗透性能的影响。 在室温下储存时,PTMSP膜发生物理老化,气体渗透系数先是迅速下降,然后缓慢降低并趋向平稳。 在空气气氛中的下降速率要略大于在N2气气氛中。 气体渗透系数的下降速率随膜厚度的减小而增大。 在高温(100 ℃)空气气氛中,受物理及化学老化的共同作用,PTMSP膜气体渗透系数的下降速率进一步增大,IR谱图表明,聚合物氧化生成了C=O等极性基团。 随储存时间的延长,溶解度系数基本不变,扩散系数的下降是导致气体渗透系数下降的主要原因,这与聚合物体积松弛和(或)致密化及极性基团的形成所造成的自由体积的减小紧密相关。     

MOF-聚合物混合基质膜的制备、改性及其在渗透汽化中的应用

渗透汽化是一种具有能耗低、操作简便等优点的膜分离技术,目前传统聚合物渗透汽化膜在分离性能和稳定性等方面还有欠缺。金属有机框架(MOF)是由金属离子与有机配体以自组装形式组建而成的晶态多孔材料,具有独特的性质,如对目标分子的选择性吸附和分子筛分效应,近年来许多研究表明将MOF作为填料引入聚合物基质中构筑混合基质膜(MMMs)对其渗透汽化性能有很好的促进作用。本文从MOF的不同系列出发,讨论了适用于渗透汽化混合基质膜的MOF种类,分析了MOF-聚合物混合基质膜的制备方法与改性策略,综述了该类混合基质膜在渗透汽化方面(有机溶剂脱水、从稀溶液中回收有机物、有机混合物的分离)的应用进展,总结了用于渗透汽化的MOF-聚合物混合基质膜研究面临的挑战,并对其未来发展提出展望。