收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CO_2捕集用高性能PEO基气体分离膜的制备及性能研究

全帅  
【摘要】:二氧化碳(CO2)的大量排放是引发全球气候突变的主要原因之一,严重威胁人类的生存环境,因此必须对CO2进行有效的捕集分离。而膜分离技术由于其能耗小高效率等独特的优点被认为是极具应用潜力的CO2捕集分离技术。聚氧化乙烯(PEO)材料由于其中含有的醚氧基团与CO2之间具有较强相互作用有利于CO2在膜中的传质,被认为是制备CO2捕集用气体分离膜的最佳材料之一。但是传统PEO材料由于链段规整性使其具有较高的结晶度,结晶区域的气体不可渗透性使其气体渗透性能大幅度降低,必须采取有效的手段抑制PEO的结晶并采用新的方法提高PEO的CO2渗透性能才能更为有效的进行CO2捕集。本论文首先利用热交联反应制备PEO材料膜以抑制其结晶行为,然后通过浸渍后处理提高交联PEO膜的气体渗透性能,最后加入氧化石墨烯(GO)提高交联膜的力学性能。本论文重点研究了交联PEO基膜材料的物理化学性能以及气体渗透性能,并重点研究了浸渍交联膜的气体渗透性能及渗透机理。采用两种不同分子量的氨基官能化的PEO分别与环氧官能化的PEO,进行热交联反应制备两种纯PEO交联膜。通过红外光谱、13C固体核磁、X-射线光电子能谱以及X射线衍射等对交联膜的物理化学性能及结构进行了表征,证明了交联膜室温下为非晶结构。采用分子量为2000的氨基PEO制备的交联膜(HCM)比分子量600的氨基PEO制备的交联膜(LCM)具有更高的自由体积分数,有利于气体的扩散过程,气体渗透性能更好。在35 oC、10 atm时,HCM的CO2渗透通量为280 Barrer,CO2/H2、CO2/N2以及CO2/CH4分离系数分别为9.3、48和16.7。采用低分子量聚乙二醇(PEG)水溶液浸渍处理PEO交联膜并系统研究了PEG浸渍对交联膜气体渗透性能的影响。研究发现浸渍膜的气体渗透通量随着PEG分子量的增大而先增大后降低,对气体分离性能没有明显影响;PEG端基对气体的渗透通量以及分离系数影响非常显著,采用双甲醚PEG浸渍交联膜的效果最好;进一步的研究PEG浸渍增重对于浸渍膜性能的影响,发现随着交联膜浸渍增重的增加,膜的玻璃化转变温度降低,分子链段柔顺性增大;同时浸渍膜的自由体积分数明显提高,有利于气体的扩散过程,使气体渗透性能得到显著的提高。采用双甲醚PEG浸渍交联膜时,获得CO2的渗透通量最大为1716 Barrer,CO2/H2和CO2/N2的分离系数分比为12.5和53。利用改进的Hummer法制备了氧化石墨烯,对其物理化学结构进行了表征测试,测试结果表明制备的氧化石墨烯表面带有丰富的含氧基团。制备了GO/PEO复合膜,测试结果表明GO不是简单的共混在PEO交联结构中,而是因为自身带有丰富的环氧基团,因此参与到了PEO交联结构的构建当中,GO与PEO之间形成了良好的界面结合。对GO/PEO复合膜进行了力学性能测试,发现GO的加入使复合膜的拉伸强度以及拉伸模量都有了明显的提高,抗形变能力增强,拉伸模量最大提升386%。测试了不同含量的GO对于复合膜气体渗透性能的影响,发现GO含量为1.0 wt.%时复合膜的气体渗透性最好。利用优化的PEG浸渍条件对复合膜进行了浸渍处理,进一步提高了复合膜的气体渗透性能,CO2的渗透通量达到1405 Barrer,CO2/H2和CO2/N2的分离系数分别为10.9和43。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ051.893;X701

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 王从厚,陈勇,吴鸣;新世纪膜分离技术市场展望[J];膜科学与技术;2003年04期
2 余运波;何琼;邓沙宁;;高炉煤气变压吸附(PSA)提纯技术安全性分析[J];湖南有色金属;2015年02期
3 Lianjun Wang;Yang Li;Shuguang Li;Pengfei Ji;Chengzhang Jiang;;Preparation of composite poly(ether block amide)membrane for CO_2 capture[J];Journal of Energy Chemistry;2014年06期
4 徐伟华;韦春;吕建;苏乐;刘红霞;;GO的加入方式对GO/PF复合材料性能的影响[J];现代塑料加工应用;2013年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 昌锟;李青;李强;;焦炉气规模氢分离流程组织研究[J];低温工程;2007年05期
2 卜令兵;刘应书;;变压吸附空气分离制氧微型化技术研究[J];低温与特气;2006年03期
3 昌锟;李青;李强;;焦炉气低温氢分离流程制冷循环[J];低温与超导;2007年05期
4 唐强;张黎立;张力;;富氧助燃提高天然气发动机动力性能实验[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年11期
5 牛天况;;富氧燃烧锅炉初探[J];锅炉技术;2008年01期
6 韦卉;;膜分离技术在合成氨尾气处理中的应用[J];化工技术与开发;2008年10期
7 吴景雄;周锡堂;邹纲明;;化工原理教学中技术经济意识的培养[J];化工高等教育;2007年05期
8 赵素英,王良恩,郑辉东;膜法气体脱湿的工艺及应用研究进展[J];化工进展;2005年10期
9 聂李红;徐绍平;苏艳敏;刘淑琴;;低浓度煤层气提纯的研究现状[J];化工进展;2008年10期
10 张莉;张立志;裴丽霞;;共混氧氮分离膜的研究进展[J];化工进展;2008年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭春禹;曹兵;杜启云;;中空纤维膜元件的优化设计[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
2 沈光林;;国内膜法富氧应用新进展[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
3 沈光林;;膜法富氧技术在医疗保健中的应用[A];第4届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2007年
4 王新伟;王杰;张小勇;郑明东;;高浓度焦化废水的液膜分离应用研究[A];苏、鲁、皖、赣、冀五省金属学会第十五届焦化学术年会论文集(下册)[C];2010年
5 陈乔平;;膜法富氧局部助燃技术在煤粉锅炉上的应用研究[A];第十届中国科协年会科技创新与工业强市战略论坛论文汇编[C];2008年
6 王保建;;低氧防火系统技术分析及应用[A];“信达海烙杯”第四届全国气体消防学术交流大会论文集[C];2005年
7 谷里鹏;金志卓;;壳聚糖富氧膜的研究[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
8 谢正平;彭招兰;彭小海;;膜技术在水处理中的应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(下)[C];2009年
9 张小勇;王新伟;刘锐;郑明东;;煤基炭膜在处理高浓度焦化废水中的应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(下)[C];2009年
10 袁卫星;袁修干;;一种应用膜组件的新型高压除湿式飞机环控系统[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王文涛;天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的阻隔性及相关性能研究[D];华南理工大学;2010年
2 李江;膜吸收过程传质强化研究[D];北京化工大学;2010年
3 杨德林;YBa_2Cu_3O_(7-x)氧扩散特性、应用及掺杂替代的基础研究——分子筛和透氧膜研究[D];郑州大学;2003年
4 张浩勤;新型复合荷电纳滤膜/镶嵌膜的制备、表征与传递机理研究[D];郑州大学;2005年
5 杨振生;热致相分离法iPP中空纤维微孔膜及其形态结构研究[D];天津大学;2005年
6 刘恒伟;超音速分离管的研发及其流动与传热传质特性的研究[D];北京工业大学;2006年
7 刘诗丽;聚醚砜酮预氧化机理及其炭膜制备工艺优化[D];大连理工大学;2008年
8 石金娥;具有光催化性能的几种半导体材料的制备、表征与应用[D];东北师范大学;2008年
9 潘艳秋;炭膜分离过程的机理和建模研究[D];大连理工大学;2008年
10 刘庆岭;功能炭膜的设计、制备及其气体分离性能[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘中柱;联苯聚醚砜基碳纳米管混合基质膜的制备及气体分离性能的研究[D];吉林大学;2011年
2 陈山林;膜法富氧性能优化研究[D];北京交通大学;2011年
3 段子琴;铜—硅膜制备及对H_2、N_2、CO_2气体渗透性研究[D];大连理工大学;2011年
4 何振;合成氨膜法氢气回收及氢氮比调节的研究[D];大连理工大学;2011年
5 许德刚;载体膜分离装置中气体流动及分离过程的数值模拟[D];中央民族大学;2011年
6 黄明松;Silicalite-1分子筛膜合成及其对乙醇/水渗透汽化性能的研究[D];郑州大学;2011年
7 汤雁婷;无模板剂法制备MFI型分子筛膜[D];天津大学;2010年
8 席芳;变压吸附分离煤层气中甲烷/氮混合气的实验研究[D];上海交通大学;2011年
9 王小呈;膜分离技术回收HCFC-22装置副产的HFC-23[D];浙江大学;2005年
10 饶华新;CO_2向异种气体高压侧的反向渗透行为[D];暨南大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 陈健,古共伟;变压吸附分离一氧化碳技术的应用[J];低温与特气;1996年02期
2 刘国勤;谢德龙;;酚醛树脂基复合材料的研究进展[J];河南化工;2010年11期
3 王从厚,吴鸣;国外膜工业发展概况[J];膜科学与技术;2002年01期
4 刘晓洪;覃凯;黄玉媛;;热塑性酚醛树脂基纳米复合材料的性能[J];塑料工业;2005年11期
5 管英富;邓祖向;宋长江;;变压吸附技术制取高纯度一氧化碳[J];天然气化工(C1化学与化工);2010年06期
6 汤娇娣;孙艳;;一氧化碳分离提纯技术进展[J];天然气化工(C1化学与化工);2012年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄美荣,李新贵,李圣贤,张炜;高选择性聚吡咙气体分离膜的合成及气体分离[J];化工进展;2003年09期
2 徐仁贤;气体分离膜应用的现状和未来[J];膜科学与技术;2003年04期
3 皮耐安;气体分离膜进展[J];自然杂志;1985年11期
4 秦卫平;高温用气体分离膜研制成功[J];兰化科技;1988年03期
5 郑世沛;;气体分离膜的开发动向[J];材料导报;1988年03期
6 ;气体分离膜的经济性[J];化工装备技术;1989年06期
7 皮耐安;;日本气体分离膜技术进展[J];天然气化工(C1化学与化工);1989年03期
8 王学松,徐仁贤;气体分离膜的开发近况[J];化工进展;1990年02期
9 张可达;二氧化碳气体分离膜研究进展[J];现代化工;1991年04期
10 张应焞;;选择性优异的气体分离膜[J];低温与特气;1992年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐仁贤;;气体分离膜应用的现状和未来[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
2 曹义鸣;;气体分离膜的研究及应用[A];第三届膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集[C];2009年
3 任吉中;王雁北;邓麦村;;用于烯烃/烷烃分离的气体膜分离与载体促进传递耦合过程的原理与理论分析[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
4 党延斋;;气体分离膜技术在炼化企业的应用[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年
5 饶华新;张子勇;;含钴离聚体膜对CO_2的促进输送[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
6 邱志明;陈光;张所波;;性能优化的聚酰亚胺气体分离膜材料制备及性能[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
7 郑国栋;闻久绵;张金兰;肖军;赵晓光;邱学鹏;徐纪平;;高性能气体分离膜与膜材料的研究聚1—三甲硅基丙炔的合成、制膜与氧氮透过性[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
8 陈桂娥;张丽;;PES-SiO_2中空纤维气体分离膜的制备及其应用研究[A];上海市化学化工学会2011年度学术年会论文集[C];2011年
9 张玲玲;贺高红;赵薇;李保军;胡亮平;;正交试验法PEI气体分离膜制备条件的优化[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
10 龚春丽;管蓉;鲁德平;邹华;陆威;代化;;磺化聚苯醚膜的制备与性能研究[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 胡永峰;我气体分离膜技术跻身国际先进[N];中国化工报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 全帅;CO_2捕集用高性能PEO基气体分离膜的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 于云武;基于聚芳醚的气体分离膜的制备与性能研究[D];吉林大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李媛媛;高性能气体分离膜研制及H_2分离性能研究[D];河北联合大学;2014年
2 于莹莹;含四苯基联嘧啶聚芳醚气体分离膜材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2015年
3 程鸿博;含硅原子乙烯基单体的聚合及其膜的性能研究[D];齐齐哈尔大学;2014年
4 张丽;纳米填充气体分离膜制备的研究[D];上海应用技术学院;2011年
5 刘宗华;新型改性硅橡胶气体分离膜的富氧性能研究[D];暨南大学;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026