CO2分離膜的傳遞通道構建及傳遞過程強化.pdf

1、高效、低能耗和環(huán)境友好的CO2捕集技術是解決能源氣體凈化和溫室氣體減排問題的關鍵。膜技術以其高效、低碳、綠色等特點在CO2捕集領域顯示出良好的發(fā)展前景，開發(fā)高性能CO2分離膜材料具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。本論文旨在開發(fā)高性能高分子-無機雜化膜，設計制備了多功能填充劑以調控膜結構、水環(huán)境、傳遞位點、化學微環(huán)境和多重選擇機制，在膜內構建高效CO2傳遞通道，強化CO2分離性能。研究內容如下：
　?。?）基于不同形貌填充劑間的協(xié)同效應

2、，以聚酰亞胺（Matrimid?5128）為膜基質，采用一維碳納米管（CNTs）和二維氧化石墨烯（GO）作為雙填充劑，調控膜結構，構建CO2傳遞通道，制備了雙填充型雜化膜。CNTs作為高速氣體傳遞通道提高了滲透性，GO作為選擇性屏障提高了選擇性，強化了擴散選擇機制。雜化膜的CO2滲透系數和選擇性（CO2/CH4或 CO2/N2）較純膜分別提高了約4.3倍和2.5倍。
　?。?）基于CO2在水中的高溶解性，以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物（

3、Pebax?1657）為膜基質，采用超吸水羧酸納米水凝膠球（CANs）調控膜內水環(huán)境，構建 CO2傳遞位點和傳遞通道，制備了高吸水性的雜化膜。CANs起到“蓄水池”作用，顯著改善了膜的吸水性能和保水性能，羧基構成了 CO2傳遞位點，強化了溶解選擇機制，CO2滲透系數和選擇性都顯著提高，超越了2008年Robeson上限。
　?。?）基于CO2可與氨基發(fā)生可逆反應的特性，以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物（Pebax?1657）為膜基質，設計

4、了氨基功能化介孔二氧化硅，調控化學微環(huán)境，構建CO2傳遞通道，制備了具有促進傳遞功能的雜化膜。氨基與CO2發(fā)生可逆反應，強化了反應選擇機制。CO2滲透系數達1521 Barrer，CO2/CH4選擇性達41，CO2/N2選擇性達102。
　?。?）基于CO2擴散、溶解和反應選擇機制的同時強化，以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物（Pebax?1657）為膜基質，設計醚氧基和氨基功能化氧化石墨烯（GO）調控多重選擇機制，構建 CO2傳遞通道，制