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CO_2向异种气体高压侧的反向渗透行为

作　者: 饶华新
导　师: 张子勇
学　校: 暨南大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 气体分离膜 EPDM 含钴离聚体促进输送反向渗透
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

在用体积法对乙丙三元橡胶（EPDM）磺酸钴离聚体膜(Co^（Ⅱ）-S-EPDM)的测试中发现,当膜的低压侧为CO₂、高压侧为N₂或空气,一种奇特的气体渗透现象会发生:测试装置的毛细管中的水银球不是由里向外移动,而是由外向里反向移动,即处于低压侧（常压或小于常压）的CO₂自发地向N₂或空气的高压侧反向渗透。这种处于低压侧的一种气体通过一种特殊的高分子膜向异种气体的高压侧自发渗透的现象,是一种新的气体渗透行为,至今未见有类似内容的报道。本课题研究了CO₂、N₂和CH₄对Co^（Ⅱ）-S-EPDM离聚体膜的渗透和分离性能。该离聚体膜显示出良好的CO₂渗透性能,在20℃和0.05MPa压差下,CO₂渗透系数P_CO₂和CO₂/N₂分离系数αCO₂/N₂分别高达223 Barrer和65.70。P_CO₂和αCO₂/N₂随CO₂压差的降低而明显增大,显示出促进输送特征,这一行为即使在膜放置2个月之后并不消失,渗透分离性能变化不大。N₂和CH₄无此性能,因此在气体压差较低时,P_CO₂和αCO₂/N₂、αCO₂/CH₄可同时提高。由Arrhenius图计算的不同压差下的CO₂渗透活化能显示,压差越小,渗透活化能越低,越有利于CO₂的渗透。进一步对影响这一气体反向渗透行为的有关因素进行了考察。CO₂的反向渗透系数受N₂高压侧的影响显著,随CO₂对N₂压差绝对值的增大迅速减小。CO₂/O₂和CO₂/N₂混合气体的测试表明,即使低压侧CO₂的分压小于常压也仍然会发生反向渗透行为。确定了出现反向渗透现象时,CO₂/O₂和CO₂/N₂混合气体的临界体积百分比分别为40:60和50:50。通过共混制备了离聚体与磺化乙丙三元橡胶的共混膜,应用控制不同组分比例来调节某一性能的方法,确定了能够发生气体反渗透行为所必须具备的临界分离系数αCO₂/N₂。在20℃和0.40MPa的条件下,测得共混膜的临界αCO₂/N₂值为12.38,低于此值则不出现反向渗透现象。对出现这一反向渗透现象的原因进行了探讨。离聚体膜含有钴离子、对CO₂具有促进输送作用以及具有较高的αCO₂/N₂是重要的因素,但还不是充分条件,还可能同时与高分子膜的化学结构、聚集态结构及未知因素有关。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-26
  1.1 促进输送的研究进展  8-14
    1.1.1 促进输送的原理  8-11
    1.1.2 研究进展  11-14
  1.2 金属络合物在气体分离中的研究进展  14-19
    1.2.1 分离原理  14-16
    1.2.2 研究进展  16-19
  1.3 本研究课题的提出  19-23
    1.3.1 研究目的  19-20
    1.3.2 研究内容  20-21
    1.3.3 研究目标  21
    1.3.4 研究方案  21-23
  参考文献  23-26
第二章含钴离聚体膜对CO_2的促进输送  26-36
  2.1 实验部分  26-29
    2.1.1 试剂与仪器  26-27
    2.1.2 离聚体膜的制备  27-28
    2.1.3 透气性测定  28-29
  2.2 结果与讨论  29-34
    2.2.1 离聚体膜的性能  29-30
    2.2.2 气体压差对透气性能的影响  30-32
    2.2.3 温度对透气性能的影响  32-33
    2.2.4 CO_2在离聚体膜中的渗透活化能  33-34
    2.2.5 放置时间对透气性能的影响  34
  2.3 结论  34-35
  参考文献  35-36
第三章 CO_2在“N_2-膜-CO_2”系统中的反向渗透现象  36-44
  3.1 实验部分  36-38
    3.1.1 试剂与仪器  36-37
    3.1.2 离聚体膜的制备  37
    3.1.3 透气性测定  37-38
  3.2 结果与讨论  38-43
    3.2.1 CO_2反向渗透现象的发现  38
    3.2.2 气体压差对反向渗透性能的影响  38-39
    3.2.3 混合气体对对反向渗透性能的影响  39-41
    3.2.4 温度对反向渗透性能的影响  41
    3.2.5 CO_2反向渗透活化能  41-42
    3.2.6 放置时间对反向渗透性能的影响  42-43
  3.3 结论  43-44
第四章 CO_2在“空气-膜-CO_2”系统中的反向渗透现象  44-50
  4.1 实验部分  44-45
    4.1.1 试剂与仪器  44-45
    4.1.2 离聚体膜的制备  45
    4.1.3 透气性测定  45
  4.2 结果与讨论  45-49
    4.2.1 气体压差对反向渗透性能的影响  45-47
    4.2.2 温度对反向渗透性能的影响  47
    4.2.3 混合气体对对反向渗透性能的影响  47-49
  4.3 结论  49-50
第五章 CO_2反向渗透现象的原因分析  50-66
  5.1 实验部分  50-52
    5.1.1 试剂与仪器  50-51
    5.1.2 共混膜和不同金属离子离聚体膜的制备  51
    5.1.3 AFM测试样品的制备  51-52
    5.1.4 透气性测定  52
  5.2 结果与讨论  52-63
    5.2.1 膜材料的影响  52-53
    5.2.2 临界分离系数的影响  53-54
    5.2.3 金属离子的影响  54-57
    5.2.4 渗透系统的影响  57-59
    5.2.5 测试时间的影响  59
    5.2.6 气体组分分析  59-61
    5.2.7 膜表面形貌的影响  61-63
  5.3 结论与展望  63-65
  参考文献  65-66
攻读硕士期间发表的论文  66-67
致谢  67

CO_2向异种气体高压侧的反向渗透行为

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