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丙烯/丙烷分离用PPESK/PEI中空纤维复合膜的研制

龚亮  
【摘要】: 膜法烯烃/烷烃有机气体分离技术是膜分离技术的热点及重要的发展方向之一。本论文采用含二氮杂萘联苯结构聚芳醚砜酮(PPESK)和聚醚酰亚胺(PEI)为制膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,γ-丁内酯(GBL)为非溶剂添加剂,以干-湿相转化法制备中空纤维基膜。分别制备了NaX分子筛填充硅橡胶(PDMS)复合膜和聚乙烯醇(PVA)固载Co~(2+)促进传递复合膜,并研究其对丙烯/丙烷的分离性能。采用扫描电镜、气体渗透率和分离系数等对膜结构和性能进行表征。 本文研究了相转化法制备的PPESK/PEI中空纤维基膜的结构与性能。系统研究了聚合物浓度、非溶剂添加剂种类和含量、空气间隙、铸膜液温度、凝胶浴温度等条件对中空纤维基膜结构和性能的影响。实验表明,聚合物浓度是影响基膜性能的重要因素,随聚合物浓度的增加,基膜的气体渗透率迅速下降:以GBL为添加剂制得的膜具有致密的皮层,适合作为后续涂敷的基膜;制膜体系中GBL含量的增加使膜的气体渗透率增大,分离系数下降:在一定范围内增加空气间隙的长度会使膜的分离性能提高;高的铸膜液温度和低的凝胶浴温度都会使膜的分离性能提高,气体渗透率下降;通过研究,优化适合丙烯/丙烷分离的基膜的制备工艺。 采用对丙烯/丙烷有吸附选择性的NaX分子筛填充PDMS,通过真空涂敷法涂敷至PPESK/PEI中空纤维基膜上,制备了NaX/PDMS中空纤维复合膜。系统研究了固化温度、固化时间、涂敷时间(抽真空时间)、NaX填充含量、二次涂敷、测试压力、测试温度对中空纤维复合膜分离性能的影响。研究表明,硅橡胶固化温度80℃、固化时间80min,NaX填充含量30%、涂敷时间6 min,经过二次涂敷,进气压力100 KPa、测试温度60℃时,复合膜对丙烯/丙烷的分离性能最佳,分离系数达到3.84,丙烯渗透率为435GPU。 以PPESK/PEI中空纤维膜为基膜,采用浸渍涂敷法内涂PVA并络合Co~(2+),制备了促进传递中空纤维复合膜,系统研究了聚乙烯醇(PVA)含量、Co~(2+)固载量、固化温度、阴离子种类等对复合膜性能的影响。研究表明,PVA含量为6%、固化温度60℃、选用Co(CH_3COO)_2且[Co~(2+)]:[-OH]为3:4时,复合膜对丙烯/丙烷的分离性能最佳。分离系数达到2.05,丙烯渗透率为156.8 GPU。


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