聚酰亞胺基雜化膜制備及其CO2促進(jìn)傳遞機(jī)制研究.pdf

1、聚酰亞胺基雜化膜制備及其聚酰亞胺基雜化膜制備及其CO2促進(jìn)傳遞機(jī)制研究促進(jìn)傳遞機(jī)制研究PolyiebasedHybridMembranesCO2FacilitatedTransptMechanisms學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工藝學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工藝研究生：劉生：劉燁指導(dǎo)教師：姜忠義指導(dǎo)教師：姜忠義教授教授天津大學(xué)化工學(xué)院天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年五月二零一五年五月摘要CO2分離是應(yīng)用于溫室氣體減排和能源氣凈化的重要工業(yè)過(guò)程。膜分離法由于具有能耗低、

2、易放大及環(huán)境友好等突出優(yōu)勢(shì)成為極具應(yīng)用前景的CO2分離技術(shù)。在眾多種類(lèi)的膜材料中，CO2促進(jìn)傳遞膜以其出色的性能優(yōu)勢(shì)成為膜技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而高性能膜材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和促進(jìn)傳遞機(jī)制的深入闡釋是CO2促進(jìn)傳遞膜研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。本論文以強(qiáng)化CO2膜分離性能和探究促進(jìn)傳遞機(jī)制為目標(biāo)，以CO2分子與載體間的相互作用為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)制備了一系列促進(jìn)傳遞雜化膜，獲得了顯著提升的CO2滲透系數(shù)和CO2CH4選擇性，同時(shí)對(duì)膜內(nèi)水微環(huán)境調(diào)控、干濕態(tài)條件對(duì)促

3、進(jìn)傳遞行為影響、金屬離子電負(fù)性與促進(jìn)傳遞能力關(guān)系等理論問(wèn)題進(jìn)行了深入探究，對(duì)CO2促進(jìn)傳遞雜化膜的理性設(shè)計(jì)制備具有理論和應(yīng)用價(jià)值。基于親核加成機(jī)制制備CO2促進(jìn)傳遞雜化膜，首次將聚兩性離子類(lèi)材料（pSBMA）引入CO2分離膜，pSBMA結(jié)構(gòu)單元中的季胺基團(tuán)與CO2發(fā)生可逆反應(yīng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)傳遞，同時(shí)pSBMA具有強(qiáng)親水性可以調(diào)節(jié)膜內(nèi)水含量和水狀態(tài)，兩方面原因使膜的CO2分離性能顯著提高。此外，膜的CO2滲透系數(shù)和CO2CH4選擇性分別與膜

4、內(nèi)水含量和膜內(nèi)結(jié)合水分率呈正相關(guān)。分別基于親核加成和π絡(luò)合機(jī)制制備CO2促進(jìn)傳遞雜化膜，以咪唑基團(tuán)為CO2載體的膜在濕態(tài)下實(shí)現(xiàn)促進(jìn)傳遞，獲得強(qiáng)化的分離性能，水參與該親核加成型促進(jìn)傳遞過(guò)程；以Zn2為CO2載體的膜在干態(tài)下實(shí)現(xiàn)促進(jìn)傳遞，獲得強(qiáng)化的分離性能，而濕態(tài)下不發(fā)生促進(jìn)傳遞，原因是水與CO2競(jìng)爭(zhēng)參與π絡(luò)合過(guò)程，阻礙CO2促進(jìn)傳遞的發(fā)生?；讦薪j(luò)合機(jī)制制備CO2促進(jìn)傳遞雜化膜，考察了Cu2、Fe2、Ca2和Mg2的促進(jìn)傳遞能力。過(guò)渡金屬