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摘 要

用聚醚共聚酰胺嵌段共聚物（Pebax1657）和对CO₂气体拥有优良渗透性的PEGDA为膜材料，而后加入对CO₂气体分离具有优良性能的ZIF-8金属有机骨架材料，采用混合物均匀共铸和流延成膜的方法，制备出含有不同质量比的Pebax/PEGDA/ZIF-8混合基质膜。对混合基质膜进行X射线衍射（XRD）、全反射红外光谱和环境电镜扫描（SME）分析，结果表明， PEGDA，ZIF-8在混合基质膜中都保持着比较稳定的物理和化学稳定。PEGDA能够很大程度上改变了聚合物链段的活动性，从而增加了醚氧键的含量，大大提高了N₂、CO₂和CH₄的渗透系数，其中CO₂渗透系数改变尤为显著。混合膜中的ZIF-8无机粒子能够增加CO₂、CH₄和N₂的渗透系数和CO₂对N₂、CH₄这类非极性气体的选择性。Pebax/PEGDA/ZIF-8混合基质膜在CO₂、N₂和CH₄气体分离方面有着优异的性能，其中CO₂的渗透系数能够达到纯Pebax膜的3.7倍，α _{(CO2/ N2)}的选择性系数能够达到纯Pebax膜的1.8倍。

关键词: 气体膜分离 混合基质膜 聚醚共聚酰胺 PEGDA ZIF-8

The Preparation of Polyether copolyamide / PEGDA / ZIF-8 composite film and study on it’s separation performance

ABSTRACT

We used copolyamide polyether block copolymer (Pebax1657) and PEGDA which has excellent permeability of CO₂ as membrane material, and then added the of CO₂ separation has excellent performance of ZIF-8 metal organic framework material via the method of shaping the mixture evenly and casting to fabricate film, and the different mass ratios of Pebax/PEGDA/ZIF-8 mixed matrix membranes were to be prepared ultimately. The microstructures of mixed matrix film were characterized through X-ray diffraction (XRD), total reflection infrared spectroscopy and environmental scanning electron microscope (SEM), showing that PEGDA, ZIF-8 in a mixed matrix membranes have maintained relatively stable physical and chemical properties. PEGDA can greatly alter the activity of the polymer segments, thus increasing the oxygen content of the ether bond, greatly improving the N₂, CO₂ and CH₄ permeability coefficient, wherein the CO₂ permeability coefficient of change is particularly significant. The ZIF-8 inorganic particles in the hybrid membrane can increase the permeability coefficient of CO₂, CH₄ and CO₂, and the selectivity of CO₂ to non-polar gases such as N₂ and CH₄. Pebax/PEGDA/ZIF-8 mixed matrix membrane in CO₂, N₂ and CH₄ gas separation has a excellent performance, wherein the CO₂ permeability coefficient can reach 3.7 times that of pure Pebax film, selectivity coefficient αCO₂/N₂ can reach 1.8 times of pure Pebax film.

Keywords: membrane gas separation ; Mixed matrix membrane ; Polyether copolyamide ; PEGDA ; ZIF-8

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 Pebax方面介绍 1

1.2.1 Pebax材料简介 1

1.2.2 Pebax1657材料简介及应用 3

1.3 PEGDA材料简介出及应用 4

1.4 金属有机骨架材料以及ZIF-8 4

1.4.1 金属--有机骨架 4

1.4.2 MOFS ZIF-8的简介与应用 6

1.4.3 ZIF-8的合成 6

1.5 本课题研究目的及内容 7

1.5.1 本课题研究目的 7

1.5.2 本课题研究内容 7

第二章 实验部分 9

2.1 试剂与仪器 9

2.1.1 实验所用的主要试剂和主要原材料 9

2.1.2 实验中使用的主要器材 9

2.1.3 实验设备演示图 10

2.2 ZIF-8的合成和Pebax复合基质膜的制备及其测试 11

2.2.1 ZIF-8的合成（实验步骤） 11

2.2.2 Pebax1657复合基质膜的合成（实验步骤） 11

2.2.3 Pebax1657复合膜的通透性以及选择性测试 11

2.3 ZIF-8样品和Pebax1657复合基质膜样品的分析 12

2.4 气体分离性能的测试原理与方法 12

2.4.1 气体的分离性能评价 12

2.4.2 气体分离性能实验的装置和测试方法 13

2.5 复合膜样品的表征 13

2.5.1 样品的环境电镜扫描 ( SME ) 13

2.5.2 X射线衍射 14

2.5.3 红外光谱法 14

第三章 结果与分析 15

3.1 ZIF-8材料和Pebax复合膜的表征及分析 15

3.1.1 环境电镜扫描(SME)图及分析 15

3.1.2 X射线图及分析 17

3.1.3 红外光谱图及分析 18

3.2 气体渗透性能结果与讨论 18

3.2.1 气体分离复合膜的实验数据 19

3.2.2 Pebax1657/PEGDA/ZIF-8复合膜数据分析图 19

3.2.3 通透性和选择性测试的结果及分析 21

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 27

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