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中空纤维复合膜分离氢气的实验研究

谢振威  
【摘要】:气体分离作为一种膜分离技术,以其投资少、能耗低、操作简单和无污染等特点,在氢气回收方面,具有突出的技术优势和应用前景。气体分离过程效率高低主要取决于气体分离膜性能的优劣。 本论文以采用气体分离法从炼厂干气中回收氢气为目标,采用浸渍涂敷法制备了硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜。考察了PDMS浓度,交联剂和催化剂用量,基膜热处理温度和基膜截留分子量等因素对复合膜气体分离性能的影响,通过大量实验得到了较适宜的制膜配方和制膜条件。还分别考察了原料气流速、原料气压力、透过气中氢气分压和操作温度对自制膜和国内气体分离商品膜分离性能的影响。实验表明,自制膜采用截留分子量为20000的聚砜基膜效果较好;在各自的最佳操作条件下,自制膜的分离因子可以达到40,氢气的渗透速率为16GPU;国产氢气气体分离膜的分离因子可以达到52,氢气的渗透速率为31GPU。由自制膜的分离性能得出结论:自制气体分离膜可以有效回收氢气。 用IR、SEM、TEM等方法对自行研制的PDMS/PS复合膜活性层、基膜、复合膜和国内气体分离商品膜的结构进行了剖析。采用FT-IR分析膜表面的官能团;采用SEM观察膜表面形态;通过TEM分析获得膜内部结构信息。结果表明,活性层存在PDMS的交联反应;活性层表面平整、断面光滑,均为致密结构;交联剂和催化剂的用量影响膜形成的致密程度,从而影响复合膜的分离性能。


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