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羧酸用于CO_2分离改性海藻酸钠复合膜制备与性能

收藏本文 2024-02-10 点赞:34612 浏览:157805 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:固定载体膜是有很大进展前途的CO_2分离膜。用于CO_2气体分离的推动传递载体有吡啶基、氨基、羧酸根等。以羧酸根为载体的固定载体膜具有抗氧化性,在烟道气分离场合有巨大的运用前景。本论文在以羧酸根为载体的固定载体膜开发方面进行了一些探讨,利用便宜易得的天然高分子材料海藻酸钠(NaAlg)为基本膜材料,并对其进行物理或化学改性,以达到提升固定载体膜CO_2渗透速率的目的。以聚砜(PS)超滤膜为基膜,利用小分子量含羧酸根的酒石酸钠(ST)与NaAlg共混涂膜,制备了NaAlg-ST/PS固定载体复合膜。红外光谱结果显示,ST与NaAlg之间形成氢键交联网络,而且引入羧酸根使载体含量增加。以CO_2(15vol%)/N_2(85vol%)混合气作为测试气体考察NaAlg-ST/PS复合膜的分离性能。测试结果表明,利用ST改性NaAlg可以有效地提升膜的分离性能,而且涂膜液中有着最佳交联剂浓度使NaAlg-ST/PS复合膜获得最大CO_2渗透速率。通过考察NaAlg-ST膜的耐受性,证实了以羧酸根为载体的膜具有良好的抗氧化性和SO_2耐受性。另外,根据具有最大CO_2渗透速率的NaAlg-ST/PS复合膜的CO_2/N_2分离性能测试结果,对二级膜历程进行了计算,结果表明NaAlg-ST/PS复合膜的二级历程成本可以与传统的胺吸收法竞争。为了提升NaAlg膜的气体渗透速率,对NaAlg中的羟基进行硅烷化反应,引入三硅烷(TMS)基团制备硅烷化海藻酸钠(SNaAlg)。通过转变反应物摩尔比制备了具有不同TMS含量的SNaAlg。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪、核磁共振(NMR)仪、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)仪对SNaAlg进行表征并根据测得的元素Si含量计算了SNaAlg中的TMS含量。以SNaAlg作为分离层制备SNaAlg/PS复合膜。SNaAlg/PS复合膜的CO_2(15vol%)/N_2(85vol%)分离性能测试结果表明,TMS基团的引入可以提升气体渗透速率。然而,随着TMS基团含量增加,膜会出现塑化现象,严重影响膜的选择性能。根据具有最大CO_2渗透速率的SNaAlg/PS复合膜的性能测试结果,对二级膜历程进行了计算,结果表明,SNaAlg/PS复合膜的二级历程成本可以与传统的胺吸收法竞争。关键词:固定载体膜论文羧酸根论文海藻酸钠论文CO_2分离论文

    摘要3-4

    ABSTRACT4-8

    第一章 文献综述8-21

    1.1 本课题探讨背景8-9

    1.1.1 CO_2捕集的作用及运用8-9

    1.1.2 膜法捕集CO_29

    1.2 CO_2分离膜及其气体传递机理9-15

    1.2.1 无机多孔膜及其气体传递机理10

    1.2.2 普通高分子膜及其气体传递机理10-13

    1.2.3 固定载体膜及其气体传递机理13-15

    1.3 膜结构与气体传递性质联系15-17

    1.4 海藻酸钠相关探讨简述17-19

    1.4.1 海藻酸钠结构及其物理化学性质17-19

    1.4.2 海藻酸钠膜探讨19

    1.5 本论文主要工作内容19-21

    第二章 海藻酸钠-酒石酸钠/聚砜复合膜制备及性能探讨21-40

    2.1 NaAlg-ST/PS复合膜的制备21-23

    2.1.1 实验材料及设备21-22

    2.1.2 复合膜的制备历程22-23

    2.2 NaAlg-ST膜物理化学结构表征及复合膜性能测试23-26

    2.2.1 衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)23

    2.2.2 X射线衍射(XRD)23

    2.2.3 复合膜形貌表征23-24

    2.2.4 复合膜性能测试24-26

    2.3 NaAlg-ST膜的物理化学特点26-29

    2.3.1 ST交联NaAlg原理26-28

    2.3.2 NaAlg-ST膜的结晶度28-29

    2.4 NaAlg-ST/PS复合膜的渗透选择性能29-38

    2.4.1 涂膜液中ST/NaAlg质量比对复合膜渗透选择性能的影响29-32

    2.4.2 NaAlg-ST膜的耐受性考察32-36

    2.4.3 NaAlg-ST/PS膜历程的经济性评价36-38

    2.5 本章小结38-40

    第三章 硅烷化海藻酸钠/聚砜复合膜制备及性能探讨40-51

    3.1 SNaAlg的制备40-41

    3.2 SNaAlg的表征41-44

    3.2.1 红外光谱(FTIR)41-42

    3.2.2 核磁共振氢谱(~1H NMR)42-43

    3.2.3 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)43-44

    3.3 SNaAlg/PS复合膜制备历程44

    3.4 SNaAlg膜的结晶度44-46

    3.5 SNaAlg/PS复合膜的渗透选择性能46-49

    3.5.1 SNaAlg/PS复合膜渗透选择性能46-48

    3.5.2 SNaAlg/PS膜历程的经济性评价48-49

    3.6 本章小结49-51

    第四章 结论与革新点51-53

    4.1 本论文主要结论51-52

    4.2 革新点52-53

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