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Siloxane/PEO杂化膜的制备和气体分离性能的研究

作　者: 孙红光
导　师: 邵路
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 温室效应 有机—无机膜 硅氧烷 聚氧乙烯 气体分离
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


全球变暖是目前人类所面临的最严峻的环境问题之一，造成全球变暖的主要原因是温室气体CO2无节制的大量排放。如何降低二氧化碳的排放，对其进行高效的捕集分离，是目前科学研究的重点。常规的捕集方法缺点较多，不仅占地面积大、操作繁琐，而且还会对环境造成二次污染；在这种情况下，高效环保的薄膜分离CO2的技术应运而生。聚氧乙烯（PEO）含有的醚氧基团（EO）对二氧化碳具有较强的亲和力，作为气体分离膜的基材，可以很好地将CO2和其它非极性气体分子分离开。但是由于PEO的分子链很规整，导致其有很强的结晶性，直接降低了气体的渗透性能。如何降低PEO膜结晶性，提高其对气体的分离性能是该领域重点研究的方向之一。硅氧烷一般用作改性剂，带有不同基团的硅氧烷可以与多种物质反应，而且，改性后的材料，具有较好的力学强度。选择三甲氧基硅氧烷（GOTMS）和四乙氧基硅烷（TEOS）作为改性剂，通过两种硅氧烷和PEO基材的不同配比和对实验条件的控制，制备出两个系列的杂化膜，并对其进行气体分离性能的测试，主要是对CO2/H2，CO2/N2的分离性能的测试。针对制备的杂化膜气体渗透通量仍不够高，本文利用小分子量的PEG（端羟基和端甲氧基）对制备好的杂化膜进行浸渍处理，并对处理后的杂化膜进行气体性能测试。对杂化膜进行一系列的分析表征，如：FTIR-ATR、DSC、TG、XRD、SEM和AFM等，并对气体分离性能进行测试，结果显示CO2的渗透通量达到123.68Barrer，相应的CO2/H2和CO2/N2的选择系数分别为2.66和50.94，PEG浸渍处理后的杂化膜的气体渗透性能得到了显著提升。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-23
  1.1 课题的背景及研究的目的和意义  9-12
    1.1.1 CO_2的分离和捕集的意义  9-11
    1.1.2 CO_2的分离方法  11-12
  1.2 膜分离技术概述  12-20
    1.2.1 无机膜  13-15
    1.2.2 促进传递膜  15-17
    1.2.3 有机分离膜  17-20
  1.3 国内外对聚氧乙烯的研究现状  20-22
  1.4 本文的主要研究内容  22-23
    1.4.1 PEO 基杂化膜制备和表征  22
    1.4.2 气体的分离性能的研究  22-23
第2章 实验部分  23-33
  2.1 实验原料及实验设备  23-24
    2.1.1 实验原料  23
    2.1.2 实验设备  23-24
  2.2 PEO 基杂化膜的制备和研究  24-27
    2.2.1 PEO 基杂化膜的制备  25-26
    2.2.2 杂化膜的强迫浸渍改性  26-27
  2.3 PEO 基杂化膜的表征和性能测试  27-31
    2.3.1 PEO 基杂化膜物理性能测试  27-28
    2.3.2 PEO 基杂化膜形貌分析  28
    2.3.3 PEO 基杂化膜化学性能测试  28-29
    2.3.4 PEO 基杂化膜力学性能测试  29-30
    2.3.5 PEO 基杂化膜气体分离性能测试  30-31
  2.4 PEG 浸泡处理杂化膜的表征和性能测试  31-33
    2.4.1 杂化膜的增重测试  31
    2.4.2 杂化膜的 DSC 测试  31
    2.4.3 杂化膜的气体分离性能测试  31-33
第3章 杂化膜的表征与浸渍改性和气体性能的研究  33-57
  3.1 硅氧烷配比对杂化膜的物理性能的影响  34-39
    3.1.1 硅氧烷配比对杂化膜的厚度影响  34-35
    3.1.2 硅氧烷配比对杂化膜的凝胶率影响  35
    3.1.3 硅氧烷配比对杂化膜的形貌影响  35-38
    3.1.4 硅氧烷配比对杂化膜力学性能影响  38-39
  3.2 硅氧烷配比对杂化膜化学性质的影响  39-45
    3.2.1 杂化膜的 FTIR 分析  39-40
    3.2.2 杂化膜的 XPS 分析  40-41
    3.2.3 杂化膜的 XRD 分析  41-42
    3.2.4 杂化膜的热分析  42-45
  3.3 温度和硅氧烷配比对杂化膜分离性能的影响  45-51
    3.3.1 温度对杂化膜分离性能的影响  46-47
    3.3.2 硅氧烷配比对杂化膜分离性能的影响  47-49
    3.3.3 硅氧烷配比杂化膜的溶解和扩散性的影响  49-51
  3.4 PEG 浸渍改性对杂化膜的性能研究  51-55
    3.4.1 PEO 浸泡杂化膜的物理化学性能研究  52-53
    3.4.2 PEG 浸泡处理对杂化膜气体分离性能的影响  53-55
  3.5 本章小结  55-57
结论  57-58
参考文献  58-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 分离过程 > 新型分离法
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