论文总字数：17053字

摘 要

在我们的日常生活中，工业尾气是由许多的气体混合物组成，这不仅是对环境和生态的恶化，还会影响经济效益，为此一套气体分离性能良好的装备就尤为重要了。现如今，混合基质膜的气体分离性能得到广泛的关注，本文研究了凹凸棒石/聚二甲基硅氧烷中空纤维膜的制备及其对氮气和丙烯的分离性能，凹凸棒石本身对丙烯/氮气具有良好的吸附选择性，实验中，凹凸棒石与聚二甲基硅氧烷分散均匀，并且具有连续性，本实验中，3%的凹凸棒石/聚二甲基硅氧烷中空纤维膜对氮气和丙烯的分离性能最好，丙烯的气体通量为45.1 GPU，氮气的气体通量为2.31 GPU，丙烯/氮气选择性为19.5。研究表明，凹凸棒石/聚二甲基硅氧烷中空纤维膜对氮气和丙烯的分离有良好的的选择性。

关键词：混合基质膜 气体分离 凹凸棒石

Preparation of ATP / PDMS Hollow Fiber Membrane for Propylene / Nitrogen Separation

Abstract

In our daily life, industrial exhaust gas is composed of many gas mixtures, which not only deteriorates the environment and ecology, but also affects economic benefits. For this reason, a set of equipment with good gas separation performance is particularly important. Nowadays, the gas separation performance of mixed matrix membranes has received extensive attention. In this paper, the preparation of attapulgite / polydimethyl- siloxane hollow fiber membranes and their separation performance for nitrogen and propylene are studied. In the experiment,the attapulgite and polydimethylsiloxane are dispersed well and continuously. In this experiment, The separation performance of 3% attapulgite / polydimethylsiloxane hollow fiber membrane is the best. The gas flux of propylene is 45.1 GPU, which gas flux of nitrogen is 2.31 GPU, and the selectivity of propylene/nitrogen is 19.5. Studies have shown that attapulgite/ polydimethylsiloxane hollow fiber membranes have good selectivity for the separation of nitrogen and propylene.

Key words: mixed matrix membrane gas separation attapulgite

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 工业气体概述 1

1.2 气体分离现状 1

1.2.1 变压吸附气体分离技术和低温精馏法 1

1.2.2 膜分离法 2

1.3 平板混合基质膜 3

1.4 中空纤维膜 3

1.5 PDMS简介 4

1.6 ATP简介 4

1.7 PDMS与ATP的常见应用 5

1.8 本课题研究意义 5

第二章 实验部分与表征 7

2.1 实验药品和仪器 7

2.1.1 实验药品 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 实验内容 8

2.3 表征手段 10

2.3.1 单组分气体的通量 10

2.3.2 凹土静态吸附 12

2.3.3 BET比表面积测试 13

2.3.4 扫描电镜表征 14

2.3.5 X射线衍射表征 15

第三章 结论与展望 16

3.1 结论 16

3.2 展望 16

参考文献 18

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 工业气体概述

在石化系统中，不论是连续法还是间接法，都需要不同程度地向火炬排放尾气。这些尾气主要由丙烯、氮气及少量乙烯等气体组成。人们越来越重视生产运行的水平，把产品的物耗、能耗的控制作为提高成本运行竞争力的重要手段。因此为了更好的经济效益和环境效益，常常需要进行气体分离与回收。

按照不同的制备方法可以将工业气体分为合成气体、空气气体和特种气体三类。其中空气气体就是指像氧气、氮气和二氧化碳等这些气体直接从空气中分离出来的，一般对气体纯度要求不高，主要用于钢铁、石化、冶金、造船等领域；合成气体是指像氢、乙炔等由炼化分解合成的方法而生成的气体；特种气体指稀有气体及用于生物医药、生化物理检测等特殊领域的特殊气体，纯度要求极高。现如今，工业气体应经在很多领域应用，因此其被视为现代工业的支柱^[1]。

丙烯是重要的石油化工原料^[2]，我国目前对丙烯的需求量越来越高，这是因为对丙烯衍生物的需求增高^[3]，因此如何才能更低能耗的生产丙烯成为当今关注的重点。在丙烯制备聚丙烯的工艺中，我们发现原料丙烯的利用率不高，为了回收丙烯，使用氢气将丙烯从塔里吹扫出来，因此需要将丙烯从丙烯/氮气的混合气中分离出来。

1.2 气体分离现状

气体分离一直被认为是能源与环境科学的重要组成部分，气体分离技术被广泛应用于航空航天、工业、医疗等领域。最常用的气体分离方法是变压吸附和低温精馏，但是这些分离技术往往有很高的能量需求，相比之下，膜的分离技术更容易操作，并且能量需求较低^[4]，因此被认为是最有前景的分离技术之一。聚合物膜因其价格低廉、易于加工等优点，是最好的应用分离气体的材料^[5]。获得优良气体分离膜的核心是膜材料和制膜工艺，因此选用中空纤维复合膜来进行气体分离是有非常多优点的 ^[6]。

1.2.1 变压吸附法和低温精馏法

对于现在越来越多的工业气体尾气的分离，气体分离技术就显得尤为重要，其中变压吸附起源于德国无热吸附净化空气研究。其工作原理是利用吸附剂，通过控制温度变化，从中提取所需气体。该技术具有以下优势：（1）成本低，该操作运行简单，在资金上具有较大优势；（2）能耗低、智能化，操作者只需在电脑前操作，方便简洁；（3）减少了分子筛的磨损，以此来延长使用寿命^[7]。

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