摘 要

由选择性无机填料和聚合物制成的混合基体膜在气体分离领域非常具有吸引力。但只有少数无机填料能同时提高原始聚合物膜的透气性和选择性。在这项工作中，合成了由聚醚(醚-块状酰胺)(Pebax)和凹凸棒石(ATP)制成的复合膜。用XRD和FTIR对ATP纳米棒与Pebax基质的相互作用进行了表征。单气体渗透测量结果表明，在低ATP负荷下，CO₂的渗透率和CO₂/CH₄的选择性增加。与原始的Pebax膜相比，添加2 wt% ATP/Pebax复合膜可将CO₂的渗透率从147.51提高到171.06, CO₂/CH₄的选择性分别为8.3、10.84。总的来说，ATP/Pebax复合膜为从CH₄分离出的CO₂提供了一个潜在的有前景的选择。

关键词：混合基质膜；气体分离；二氧化碳；分离；凹凸棒石。

Study on Modified Attapulgite/Pebax Composite Films

Abstract

Mixed matrix membranes made of selective inorganic fillers and polymers are very attractive in the field of gas separation. However, only a few inorganic fillers can simultaneously increase the permeability and selectivity of the original polymer film. In this work, composite membranes made of polyether (polyether amide) (Pebaxs 1657) and attapulgite (ATP) were synthesized. The interaction between ATP nanorods and Pebax matrix was characterized by XRD and FTIR. Single gas permeation measurements showed that the CO₂ permeability and CO₂/CH4 selectivity increased at low ATP loadings. Compared with the original Pebax membrane, the addition of 2wt% ATP/Pebax composite membrane can increase the permeability of CO2 from 87.16 to 135.6, and the selectivity of CO₂/CH4 is 0.547 and 1.23. In summary, the ATP/Pebax composite membrane offers a potentially promising alternative for CO₂ isolated from CH4.

Keywords:Mixed matrix membrane, gas separation , carbon , dioxide separation , attapulgite .

目录

第一章 文献综述 2

1.1 课题研究背景 2

1.2 介绍 3

1.2.1 CO2分离膜 3

1.2.2 Pebax 3

1.2.3 ATP 简介 4

1.2.4 凹凸棒石/聚合物纳米复合材料的吸附应用 5

1.3 本课题的研究意义及内容 5

1.3.1 研究意义 5

1.3.2 研究内容 5

第二章 实验部分 6

2.1原料与仪器 6

2.1.1 研究所用原料和仪器 6

2.1.2仪器 6

2.1.3 实验设备演示图 7

2.2制备复合膜 7

2.2.1 制备不同成分的ATP/ Pebax2533复合膜 7

2.2.2 ATP/Pebax1657复合膜 8

2.3测试复合膜气体通量 8

2.3.1渗透系数和气体选择性测量 8

2.3.2气体渗透测试装置 8

2.4 制备的复合膜的表征 9

2.4.1 X射线衍射（XRD） 9

2.4.2 傅里叶变换红外光谱（FT-IR） 10

2.4.3 扫描电子电镜分析（SEM） 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 ATP表征结果和分析 11

3.2 关于气体渗透性能的结果和对结果的讨论 12

3.3 结果与讨论 14

3.3.1 X射线衍射（XRD） 14

3.3.2 傅里叶变换红外光谱（FT-IR） 15

3.3.3 环境电镜扫描 17

第四章 结论和展望 20

参考文献 22

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1 课题研究背景

CO₂是温室气体最主要的威胁，近年来温室气体受到人们的广泛关注，世界各地的科学家都在致力于改善环境情况。目前，开发高效、绿色的CO₂分离技术实现温室效应的缓解以及已经迫切需要解决的问题，成为研究热点。较低温度下蒸馏，利用复合膜分离，以及利用吸附材料反复等方法都可以进行CO₂的分离。与其他方法相比，低能耗的膜分离技术，操作简单，易于放大和控制，便宜，清洁，无污染，体积小，体积小，是二氧化碳气体分离先进应用中节能环保的重点方法^[1]。但是也存在成本比较高，和污染严重等问题，亟需研发较为经济、对环境友好的分离工艺来改善这些问题。其中，膜分离技术以其低能耗、高效率、环保等优势在CO₂ 分离领域展现出良好的应用前景，越来越多的科研工作者投入到气体膜分离技术的研究中来，开发出多种不同材料的气体分离膜，以便实现温室效应的缓解以及能源气体的净化。

1.2 介绍

1.2.1 CO₂分离膜

近十年来，科学家对气体膜分离技术的研究十分火热，对膜材料的选取、制备方法的优化以及膜性能的提高等方面均取得了极大的进步。目前研究较多的有：无机膜、聚合物膜、促进传递膜和混合基质膜。而混合基质膜可以结合无机和有机膜的优点，并且也能巧妙地避开二者的缺点，在一定程度上可以提高纯聚合物膜的气体分离性能和机械性能，是一种新型的气体分离膜。

CO₂分离无机膜主要有Al₂O₃膜、碳分子筛膜、SiO₂膜、碳化硅膜、TiO₂膜、多孔金属膜、沸石膜等。由于CO₂与多孔无机材料之间的相互作用主要取决于其孔径及孔内表面性质的不同，这种物理特性的差异就会表现出对CO₂的不同分离效果。无机膜的气体传递机理经典的有四种，分别有分子筛分、表面扩散、努森扩散与毛细管凝聚。

聚合物膜是目前商业上应用最多的一种膜材料，不管是在水处理还是气体分离领域都具有很高的应用价值。气体分离膜领域中有很多聚合物，如聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚环氧乙烷等及其改性聚合物。

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