膜科学与技术杂志2023年第3期
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- 磺化自聚微孔聚酰亚胺的制备及磺化度对其气体分离性能的影响
- 研究了-SO3H基团的引入和不同磺化度对微孔聚酰亚胺气体分离膜的影响。区别于后磺化法，采用一步法使磺化单体2, 4, 6-三甲基二氨基苯磺酸（TrMSA）和非磺化单体2, 4, 6-三甲基-间苯二胺（DAM）与六氟二酐（6FDA）直接缩聚得到磺化聚酰亚胺（SPI），通过控制TrMSA和DAM的比例得到磺化度分别为25%，50%，75%与100%的聚合物。使用FT-IR、XRD、TGA、BET和气体渗透仪等手段研究不同磺化聚酰亚胺薄膜的化学结构、链段堆积结构、热性能、比表面和气体分离性能。结果显示，引入的-SO3H通过增强链间相互作用力，使得聚合物比表面积减小，以及链间距逐渐降低为0.57、0.52、0.47和0.42 nm，，所有气体的渗透性均随磺化度的升高而下降，然而CO2/CH4选择性在扩散系数的主导下则逐渐上升。当磺化度为75%时，磺化聚酰亚胺CO2 的透过率达到了 107 Barrer，CO2/CH4选择性为47.8，在压力高达2 MPa时仍保持在45，具有良好的抗塑化和气体分离性能。
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- 基于丙烯酸钠-乙烯基胺的交联均相阴离子交换膜的研究
- 以碱中和后的丙烯酸（AA）和N-乙烯基甲酰胺（NVF）为原料，合成了一系列交联型碱性聚电解质膜。利用碱性聚电解质中羧酸根解离能够产生OH-离子的特性，采用溶液流延法制备相应的均相阴离子交换膜。通过FTIR、热重和含水溶胀度等手段对离子交换膜进行表征，研究了原料组成和交联程度对膜的离子电导率和甲醇渗透系数的影响。结果表明，室温下，当单体AA/NVF的质量比为1:1，交联剂戊二醛（GA）质量分数为0.1 %时，离子交换膜的导电率可达到3.2 mS/cm，甲醇透过系数为9.6×10-8 cm2/s，显示出其具有应用于直接甲醇燃料电池（DMFCs）的潜力。
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- NanoAg/IL/Pebax混合基质膜的制备及其CO2分离性能
- 针对混合基质膜中聚合物基质同填料之间的界面相容性问题，利用离子液体（IL）亲疏水特性，选用3种不同亲疏水性的离子液体[Bmim][Tf2N]，[Bmim][BF4]和[Bmim][PF6]作为Pebax基质和纳米银颗粒（NanoAg）的界面亲和剂制备混合基质膜，探究三者之间的协同作用机制以及对膜气体分离性能的影响。利用扫描电子显微镜对混合基质膜形貌进行分析，探究其分散程度；利用机械拉力机探究IL对混合基质膜机械性能和气体分离性能的影响。结果表明，[Bmim][BF4]的加入使混合基质膜CO2/CH4的选择性达到35.84，相对于纯Pebax膜提高了58.67%。
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- 天然气膜法脱碳过程中节流降温行为的研究
- 采用实验室自制的聚酰亚胺（PI）中空纤维膜组件，通过气体节流渗透降温实验装置，系统考察了天然气中主要气体组分、膜渗透速率、组件填充率、操作压力以及放空比等参数对于膜法脱碳过程中气体节流渗透降温规律的影响。实验结果表明，CO2气体表现出最为显著的节流渗透降温现象；膜渗透速率、组件填充率、操作压力等参数的提高会加剧组件内CO2气体节流渗透降温程度，即降温速率变快且降温程度更严重；操作压力为1.5 MPa、进气温度为24.0 ℃时，膜组件内产生近20 ℃温降；放空比的提高在一定程度上有利于缓解组件内的温降现象。这些结果揭示了相关参数对膜组件内CO2节流渗透降温行为规律性的影响，为天然气膜法脱碳过程中CO2节流渗透降温行为的预判提供了科学有效的理论依据。
