学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

PVDF-PEG共混膜的制备及CO_2分离性能研究

作　者: 李翠娜
导　师: 贺高红
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工程
关键词: CO2分离共混膜 PEG PVDF 选择性
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 128次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

CO2分离对减少温室效应、提高能源利用率和实现碳资源循环利用具有重要意义。膜法分离CO2具有设备简单、投资低、能耗少、环境友好等优点,显示出了巨大的发展潜力。醚氧基团与CO2之间存在四极-偶极作用可以增大膜对CO2的选择性,这使得聚环氧乙烷(PEO)成为广受关注的CO2分离膜材料。然而,高分子量的PEO结晶度高,气体渗透性能差；低分子量的PEO(也被称为PEG)结晶度低,但机械强度差,不能单独成膜,将低分子量的PEG与聚合物共混制膜是制备高性能CO2分离膜的简单有效方法。本文首先确定了支撑膜材料、共混聚合物材料和PEG的分子量。选择PP多孔膜为支撑膜,利用不同聚合物与PEG共混,采用溶剂蒸发法制备了共混复合膜。发现PVDF-PEG共混膜形成了双连续结构,表现出较好的CO2分离性能；PVDF-PEG/PP膜性能随PEG分子量的增大呈下降趋势,实验选择PEG200为共混材料。根据正交试验确定的影响PVDF-PEG/PP膜性能因素的主次顺序,依次研究了PEG含量、溶剂蒸发温度和PVDF浓度对共混膜结构和性能的影响,并进一步考察了膜的稳定性。FT-IR分析表明PEG与PVDF司存在氢键作用；DSC结果说明PEG的存在使PVDF的熔点降低。60℃溶剂蒸发制备的膜表面呈球状颗粒连续结构,颗粒直径随PEG含量增大而减小。CO2渗透速率和CO2/N2选择性随共混复合膜中PEG含量的增多呈现先增大后减小的趋势,PEG含量为45%时,CO2渗透速率和CO2/N2选择性分别为3.97GPU和36.0。溶剂蒸发温度对膜结构和CO2渗透速率影响显著,60℃和80℃溶剂蒸发制备的PVDF-PEG45共混膜断面存在疏松的球状颗粒堆积结构,40℃及100℃得到的膜断面为紧密结构。高温促使PVDF从β晶型转变为α晶型,还会造成CO2渗透速率下降,CO2/N2选择性随容积蒸发温度变化不大。PVDF浓度的降低会造成共混膜中PVDF结晶度降低,膜表面球状颗粒尺寸增大。PVDF浓度为14%时,溶剂挥发温度为40℃,CO2/N2选择性达42.7,CO2渗透速率为6.29GPU。常温下PVDF-PEG/PP膜具有良好的稳定性,0.4MPa操作30天膜性能CO2渗透速率基本不变,CO2/N2选择性未见衰减。对PVDF-DMAc-PEG体系成膜过程进行了热力学和动力学分析。浊点分析表明该体系并不严格符合LCP关联式,说明该体系中液-液分相和固-液分相共存。成膜动力学对膜结构影响显著,溶剂蒸发温度在PVDF最大结晶速率温度附近时,成膜过程中以固-液分相为主,形成大量球状颗粒堆积的疏松结构；偏离最大结晶速率温度较大时,以液-液分相为主,形成比较紧密的膜结构,这与SEM和显微镜观测结果一致。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 文献综述  11-26
  1.1 研究背景  11-14
    1.1.1 CO_2分离的意义  11-12
    1.1.2 CO_2分离技术  12-14
  1.2 气体膜分离技术概述  14-20
    1.2.1 气体膜分离原理  14-16
    1.2.2 气体膜分离材料  16-17
    1.2.3 相转化法制膜原理  17-20
  1.3 CO_2分离膜的研究进展  20-24
    1.3.1 聚合物CO_2分离膜  20-22
    1.3.2 支撑液膜  22-23
    1.3.3 CO_2固定载体膜  23-24
  1.4 选题依据及研究内容  24-26
2 实验部分  26-30
  2.1 实验材料及仪器  26-27
    2.1.1 实验材料及试剂  26
    2.1.2 实验设备及仪器  26-27
  2.2 实验方法与装置  27-29
    2.2.1 铸膜液的制备  27
    2.2.2 铸膜液粘度测试  27
    2.2.3 浊点的测定  27-28
    2.2.4 共混膜及共混复合膜的制备  28
    2.2.5 显微镜观测成膜过程  28-29
  2.3 膜表征及性能评价  29-30
    2.3.1 膜材料表征  29
    2.3.2 膜结构观测  29
    2.3.3 膜性能评价  29-30
3 膜材料的选择  30-41
  3.1 支撑膜的选择  30-31
  3.2 聚合物的选择  31-36
  3.3 PEG分子量的选择  36-37
  3.4 正交试验  37-39
  3.5 本章小结  39-41
4 PVDF-PEG/PP共混复合膜的性能研究  41-61
  4.1 PEG含量对膜结构和性能的影响  41-49
    4.1.1 不同PEG含量共混膜的红外表征  41-42
    4.1.2 不同PEG含量共混膜的DSC分析  42-43
    4.1.3 不同PEG含量共混膜的XRD分析  43
    4.1.4 PEG含量对铸膜液粘度的影响  43-44
    4.1.5 PEG含量对膜结构的影响  44-48
    4.1.6 PEG含量对膜性能的影响  48-49
  4.2 溶剂蒸发温度对膜结构和性能的影响  49-54
    4.2.1 不同溶剂蒸发温度制备的共混膜的XRD表征  49-50
    4.2.2 溶剂蒸发温度对膜结构的影响  50-53
    4.2.3 溶剂蒸发温度对膜性能的影响  53-54
  4.3 PVDF浓度对膜结构和性能的影响  54-57
    4.3.1 PVDF浓度对铸膜液粘度的影响  54-55
    4.3.2 不同PVDF浓度共混膜的XRD表征  55
    4.3.3 PVDF浓度对膜结构的影响  55-57
    4.3.4 PVDF浓度对膜性能的影响  57
  4.4 PVDF-PEG/PP膜的稳定性研究  57-59
    4.4.1 耐热稳定性  57-58
    4.4.2 长期耐压稳定性  58-59
  4.5 本章小节  59-61
5 PVDF-PEG共混成膜过程研究  61-69
  5.1 PVDF-DMAc-PEG体系浊点分析  61-62
  5.2 PVDF-DMAc-PEG成膜结构分析  62-64
  5.3 显微镜观察成膜过程  64-67
  5.4 本章小节  67-69
结论  69-71
创新点与展望  71-72
参考文献  72-79
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  79-80
致谢  80-81

PVDF-PEG共混膜的制备及CO_2分离性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文