摘 要

面临日益严重的的能源、环境等问题，膜分离是一种既节能又环保，分离效率高的技术，被广泛的在众多领域使用。气体膜分离技术相比于传统的分离方法能耗低且环保，而混合基质膜则综合了有机聚合物和无机掺杂物各自的优点。所以，研究者愈发关注混合基质膜并将它用于气体分离。

本文以共聚醚共聚酰胺（Pebax2533）为基质膜材料，PEGDA和凹凸棒石为填充材料，采用聚合物共混合流延成膜的方法，制备出不同质量比的均一透明Pebax/PEGDA/凹凸棒石混合基质膜。考察了不同含量的PEGDA,不同含量的凹凸棒石对CO2、N2和甲烷在复合膜中渗透性能的影响。结果显示20%的PEGDA的加入，使得 Pebax2533膜渗透系数下降，选择性提高。以20%的PEGDA为基础，尝试加入凹凸棒石，制备混合基质膜。研究加入无机粒子后混合基质膜的分离性能。

关键词：聚醚共聚酰胺 PEGDA 凹凸棒石 气体分离

Preparation of Pebax2533/PEGDA/ATP composite membrane and the research of gas separation performance

Abstract

Facing the increasingly energy problem, environment problem and other problems, membrane separation as a kind of technology which can both save energy and protect environmention is widely used in many fields. Compared to traditional separation method, gas membrane separation technology can consumpte lower energy and protect environmention. Mixed matrix membranes have the advantages of the organic polymer and inorganic polymer.Therefore, mixed matrix membrane for gas separation is increasingly received attention of the study.

This paper use Pebax2533 as the matrix membrane material, PEGDA and the ATP as filling material and use the polymer blend film casting method, prepare a series Pebax2533/PEGDA/ ATP Mixed matrix membranes based on different content. Testing the gas permeability and selectivity of mixed matrix membranes to explore the effect of the permeability of CH4,CO2 and N2 .The results showed that 20% of the PEGDA makes Pebax2533 membranes permeability coefficient decreased, and the selectivity was improved. Based on 20% of the PEGDA, try to add ATP to the Pebax2533 to prepare Mixed matrix membranes.

Key words: polyether amide；PEGDA；ATP；gas separation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1背景 1

1.2膜分离技术简介 1

1.2.1气体分离膜技术 1

1.2.2 混合基质膜 2

1.3 聚醚共聚酰胺材料介绍 3

1.4 PEGDA材料简介及应用 4

1.5凹凸棒石简介 4

1.6课题研究目的 5

1.7本课题研究内容 5

第二章 实验部分 7

2.1试剂与仪器 7

2.1.1实验所用的主要试剂和主要原材料 7

2.1.2实验中使用的主要器材 7

2.1.3 实验设备演示图 8

2.2 混合基质膜的制备 8

2.2.1 3%纯Pebax膜的制备 8

2.2.2 Pebax2533/PEGDA膜的制备 9

2.2.3 Pebax2533/PEGDA/凹凸棒石膜的制备 9

2.3对膜的表征 9

2.3.1 样品的环境电镜扫描 ( SME ) 9

2.3.2 XRD分析 10

2.3.3 傅里叶红外(FTIR) 10

2.4气体分离性能的测试 10

2.4.1气体分离性能评价 10

2.4.2气体分离性能实验装置及测试方法 11

第三章 结果与分析 13

3.1膜的表征结果与讨论 13

3.1.1 XRD衍射 13

3.1.2 膜的环境电镜扫描结果与讨论 14

3.1.3 傅里叶红外测试结果与讨论 16

3.2 气体分离性能的测试结果讨论 18

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 引言

1.1背景

进入工业革命后，科技进入了高速发展阶段，人们向空气中排入的CO₂等一系列吸热性较强的温室气体的含量逐年增长，全球的温室效应也随之严重，从而造成全球气候变暖，南北两极冰川融化和海平面上升等一系列情况，这引起了世界各国的关注。

在所有的温室气体中，二氧化碳（CO₂）是主要的温室气体和酸性侵蚀性气体，约占温室气体总排放量的75%。因此减少CO2的排放已成为全世界共同的目标。据统计，在2007年，大气中的CO₂的浓度为280 ppm，然而，近几年的大气中的CO₂的浓度已经在390 ppm以上，已经成为各国最为关心的问题之一^[1]。CO₂同时也是一种潜在的资源，其用处很广，广泛用于生产纯碱，小苏打，尿素，碳酸氢铵等；在轻工业上，生产碳酸饮料、啤酒都需要CO₂。这就给我们如何变废为宝提出了新的挑战：将空气中的CO₂进行分离捕获，较小其在空气中的浓度，将分离出去的CO₂进行储存，接着运用到工业生产中去。

目前工业上成熟的CO₂分离的技术主要是化学吸收法、低温精馏法、变压吸附法以及膜分离法。和其它分离方法相比较，气体膜分离法具有能耗较低、没有相变、操作比较容易、设备简单轻便，可以放大生产和运行可靠性高等优点，非常适合CO₂气体的捕集与分离^[2]。

1.2膜分离技术简介

所谓膜分离，是指在压力等驱动下，利用具有选择透过性的膜分离混合物，从而达到分离浓缩的目的。半个多世纪以来，膜技术发展迅速，膜产业已是21世纪十大高技术产业之一。随着社会的高速发展，能源、环境等问题日益突出，人们对环保产业的发展、传统产业的改造、生活质量的提高越来越重视。此时，膜分离技术由于能耗低、分离效率高、装置简单、环境友好等优点，充分展现出膜分离的优势，已在化工、食品等领域得到了广泛的应用^[3]。

1.2.1气体分离膜技术

气体分离膜技术是膜分离技术的一个重要分支。近几年来，气体分离膜技术分别在基础理论和实际应用等方面都得到了迅速发展，成为膜分离技术中发展最为迅速的独立分支技术。目前被大规模工业化应用的气体分离膜装置主要采用高分子膜^[4]，针对气体分离的无机膜尚处于实验室阶段^[5]。

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