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BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能

张兵 , 于智学 , 石毅 , 吴永红 , 王同华

膜科学与技术

以BPDA-ODA型聚酰亚胺为前躯体,沸石为掺杂剂,通过成膜和炭化等过程制备了杂化炭膜.分别采用热失重、X射线衍射、扫描电子显微镜及渗透技术研究了前躯体热稳定性,炭膜微观结构、形貌及气体分离性能.考察了ZSM-5与5A两种沸石含量、炭化温度、渗透温度及渗透压力等因素对炭膜气体分离性能的影响.结果表明:H2、CO2、O2和N24种气体主要以分子筛分机理渗透通过炭膜,实现选择性分离.在650℃炭化温度下得到杂化炭膜随沸石含量提高,气体渗透性与选择性均略降低;5A杂化炭膜的渗透性与选择性都显著高于ZSM-5杂化炭膜;随渗透压力提高,杂化炭膜的气体渗透性与选择性升高.当炭化温度从650℃升高到750℃时,杂化炭膜的渗透性降低.

关键词: 聚酰亚胺 , 炭膜 , 沸石 , 渗透性

成膜基质对炭膜结构与气体分离性能的影响

张兵 , 党晓龙 , 吴永红 , 于智学 , 王同华

膜科学与技术

以间苯二酚-甲醛为碳源,F127为添加剂,经成膜与炭化得到炭膜.通过热失重分析、红外光谱、元素分析及透射电镜从微观上分析了前驱体的热解过程及碳结构演变.采用X射线衍射及氮气吸附技术分别测定了炭膜碳结构与孔结构.研究了成膜基质表面疏水性对成膜过程的收缩率、碳结构、孔结构及气体分离性能的影响.结果显示,成膜基质对炭膜微观结构与分离性能影响显著.疏水性较大的玻璃比聚四氟乙烯与不锈钢更有助于减小成膜过程中径向收缩率,并得到高比表面积与孔体积的炭膜,其对O2/N2选择性高达10以上.

关键词: 成膜基质 , 炭膜 , 孔结构 , 渗透性

高氢渗透分离性的沸石杂化支撑炭膜的制备

张兵 , 江园 , 吴永红 , 鲁云华 , 赵丹丹 , 王同华

无机材料学报 doi:10.15541/jim20150411

以ZSM-5沸石掺杂改性的1,4-双(4-氨基-2-三氟甲基-苯氧基)苯-1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐型聚酰亚胺为前驱体,通过旋涂成膜和热解过程制备了平板状支撑炭膜.采用热失重、红外光谱、X射线衍射、扫描电镜及气体渗透技术分别研究了前驱体热稳定性、膜表面官能团、微结构,微观形貌及分离性能.考察了ZSM-5掺杂量及热解温度对炭膜结构和气体分离性的影响.结果表明:经ZSM-5改性后前驱体热稳定性与残炭量降低,炭膜微观结构变致密;加入沸石显著提高了炭膜的渗透性,且随ZSM-5掺杂量增加,气体渗透性先减小后增大;随着热解温度升高,炭膜的渗透性与选择性皆减小.经650℃热解制得杂化炭膜对H2/N2体系的分离性能均远超过Robeson上界限.

关键词: 聚酰亚胺 , 沸石 , 炭膜 , 分离性能

SBA-15模板法有序多孔炭膜材料的制备及表征?

张兵 , 周佳玲 , 王丹 , 吴永红 , 李琳 , 王同华

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.05.004

以介孔分子筛SBA-15为模板剂,聚酰亚胺为前驱体,经共混、成膜、炭化及脱模板过程,制备了有序多孔炭膜材料(OPCM)。通过热失重、红外光谱、电子显微镜和 X-射线衍射,分别对前驱体热稳定性、膜表面官能团、微观形貌与微观结构进行了表征。考察了 SBA-15脱除前后的炭膜微观结构与形貌,及 OPCM气体分离性能。结果显示,当炭化温度为650℃、SBA-15用量为1%时,所制得 OPCM的气体分离系数显著高于努森扩散。

关键词: 硬模板剂 , 炭膜 , 孔结构 , 气体分离

高渗透性石墨烯杂化炭膜的制备及表征

张兵 , 周佳玲 , 吴永红 , 李琳 , 王同华

膜科学与技术 doi:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2016.02.002

以4,4'-二氨基二苯醚-3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐(BTDA-ODA)型聚酰亚胺为前体,石墨烯为掺杂剂,经共混、成膜、干燥和热解过程制备杂化炭膜.采用热失重、扫描电镜、X射线衍射、红外光谱及渗透等技术分别对前体热稳定性、炭膜微观形貌、微观结构、表面基团和气体分离性能进行分析.考察了石墨烯含量对炭膜微结构与性能的影响,结果显示,引入石墨烯使前体热稳定性提高;石墨烯与炭膜母体间兼容性良好,在大幅度提高气体渗透性同时保持了较好的分子筛分能力;掺杂石墨烯后,使炭膜对H2,CO2与O2的渗透性分别提高了6.8倍,46倍和59倍.当石墨烯质量分数为0.5%时,杂化炭膜对CO2渗透性达1236.7 Barrer,此时CO2/N2选择性达24.1,具有较好的应用前景.

关键词: 聚酰亚胺 , 炭膜 , 石墨烯 , 渗透性

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