摘 要

气体的分离膜主要分无机膜和有机膜两大种类。无机膜质以分子筛分为机理，较脆，生产成本较高，有机膜是以溶解扩散为分离机理，存在着分离性能与渗透性系数相互消长的矛盾。目前在改善膜分离性能的方法中，将无机粒子添加到有机膜中合成混合基质膜（MMMs）具有较好的效果和应用前景。聚醚共聚酰胺（Pebax1657）具有较好的柔韧性，CO₂渗透系数高的有机膜，但是选择性不高。ZIF-8是一种具有多孔、较高比表面积、可调节孔尺寸和可控表面性质的材料，所以说ZIF-8是一种气体分离的理想吸附剂，同时具有很好的化学稳定性。在Pebax1657中加入的ZIF-8无机粒子可以显著提高气体的扩散系数，不同气体的渗透性提高不同程度，由此提高气体的分离系数。

关键词：聚醚共聚酰胺 MOFs 混合基质膜

The synthesis of stromal membrane in polymer solution and the study of separation properties

Abstract

The gas separation can be divided into two categories, one is based on the mechanism of molecular sieve into inorganic membranes, and the other is separated on the solution-diffusion mechanism of organic films. Inorganic membrane brittle texture needs high production costs and the organic membrane has a contradiction between the separation properties and permeability. Inorganic particle doped organic film formation in mixed matrix membranes (MMMs) is one way to improve membrane performance. Polyether-polyamide (Pebax1657) is a good flexibility, high CO₂ permeability coefficient of organic films, but the selectivity is not high. adjustable size and control of surface properties. In this experiment, zeolite compounds imidazole skeleton (ZIF-8) doped polyether-polyamide (Pebax1657) triblock copolymers prepared a different quality than the Pebax1657/ZIF-8 mixed matrix membranes. And add ZIF-8 of inorganic particles found in Pebax1657 can significantly improve gas diffusion coefficient and coefficient of gas separation.

Keywords: Mixed matrix membrane; MOFS; Polyether block polyamide.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1课题研究背景 1

1.2膜分离技术简介 1

1.2.1气体分离膜技术 1

1.2.2 混合基质膜（MMMs） 1

1.2.3 MOFs掺杂混合基质膜的研究 4

1.3聚醚共聚酰胺（Pebax） 4

1.3.1 PEBAX 简介 4

1.3.2 Pebax 1657 简介 5

1.4金属有机骨架材料(MOFs) 5

1.4.1 MOFs简介 5

1.4.2 MOFs特点 5

1.5 ZIFs材料的简介 5

1.5.1 ZIFs材料的结构 6

1.5.2 ZIFs材料的发展现状 6

1.5.3 ZIFs材料的性能及应用 7

1.6课题研究目的 7

1.7本课题研究内容 8

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 混合基质膜的制备 10

2.2.1 8%纯Pebax1657膜的制备 10

2.2.2 Pebax1657与ZIF-8混合膜的制备 11

2.3复合膜通量测试 12

2.3.1气体分离性能评价 12

2.3.2气体分离性能实验装置及测试方法 12

2.4对膜的表征 14

2.4.1 样品的环境电镜扫描 ( SEM ) 14

2.4.2 X射线衍射（XRD） 14

2.4.3 傅里叶红外(FTIR) 14

第三章 结果与分析 15

3.1膜的表征结果与讨论 15

3.1.1 XRD衍射 15

3.1.2 红外光谱分析 16

3.1.3 环境电镜扫描 17

3.2 气体渗透性能结果与讨论 18

第四章 结论和展望 21

参考文献 22

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1课题研究背景

当今社会，经济的高速发展给人们带来了诸多便利，同时由其造成的全球变暖也同样在威胁着人们的正常生活。其中二氧化碳（CO₂）等具有强吸热性的气体大量排放是引起这种问题的主要原因。在此期间引起大家关注的问题有很多，比如两极冰川融化、气候变暖等等。所以减少CO₂这种酸侵蚀性气体的排放是研究者应该关注的首要问题。据统计空气中所含CO₂由2007年的280ppm增加到如今的390ppm^[1]。

但是二氧化碳（CO₂）也同样具有很多工业上的应用，比如工业纯碱、小苏打的合成。这样就需要我们将空气大量多余的CO₂分离出来，进行工业生产，一举多得^[2-4]。

1.2膜分离技术简介

膜分离是指相同压力下通过膜的选择性来使得混合物得到分离。经过半个多世纪，膜技术方面的研究发展迅速，膜产业已经变成了当今社会十大高新技术产业之一^[9]。随着社会的发展，人们对环境保护产业的发展、传统产业的升级改造、生活质量的提升越来越重视。此时，膜分离技术由于具有能耗较低、分离效率较高、装置简单、环境友好等优点，充分的展现出膜分离的优势，所以在很多领域有了广泛应用。

1.2.1气体分离膜技术

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