Cu3(BTC)2對提高PDMS-PEI復(fù)合膜氣體分離性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、氣體膜分離技術(shù)具有工藝簡單、投資費用低、占地面積小等優(yōu)點，在氣體分離脫穎而出。金屬-有機骨架化合物(MOFs)作為一種新型材料，具有很大的比表面積及孔隙率，在氣體儲存及分離方面表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能。在眾多MOFs中，Cu3(BTC)2對CO2具有較高的吸附親和力，有很大的研究價值。本文將Cu3(BTC)2與聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)共混制備改性PDMS/聚醚酰亞胺(PEI)復(fù)合膜，以氣體的擴散系數(shù)、溶解度系數(shù)、滲透系數(shù)及分離系

2、數(shù)為評價參數(shù)，研究Cu3(BTC)2對PDMS/PEI復(fù)合膜氣體分離性能的影響及其原因。
　　 本文制備了PDMS/PEI非對稱平板復(fù)合膜，考察了溫度、壓力與復(fù)合膜分離性能的變化關(guān)系。結(jié)果表明:在一定進料壓力下，溫度升高可增大CO2、CH4、O2和N2的擴散系數(shù)，O2和N2的溶解度系數(shù)，以及CH4、O2和N2的滲透系數(shù)，而降低O2/N2、CO2/N2和CO2/CH4的分離系數(shù);在一定溫度條件下，進料氣壓力增大，膜的壓縮效應(yīng)強于溶

3、脹效應(yīng)，使四種氣體的擴散系數(shù)減小，溶解度系數(shù)和滲透系數(shù)增大，而分離系數(shù)基本不變。
　　 將金屬有機骨架化合物Cu3(BTC)2填充到PDMS中制備改性PDMS/PEI復(fù)合膜，并考察了操作溫度、壓力和Cu3(BTC)2填充量對改性復(fù)合膜分離性能的影響。結(jié)果表明:Cu3(BTC)2添加至PDMS/PEI復(fù)合膜，可降低膜的壓縮效應(yīng)，增大氣體分子擴散通過的自由體積，同時降低氣體的擴散活化能及滲透活化能，有利于氣體在膜中的擴散滲透;在一定

4、進料壓力下，隨著溫度的升高，氣體的擴散系數(shù)增大，溶解度系數(shù)、滲透系數(shù)及分離系數(shù)均減小;一定溫度下，隨著進料氣壓力的升高，氣體的擴散系數(shù)、滲透系數(shù)均增大，而分離系數(shù)基本不變;氣體在改性復(fù)合膜中的擴散系數(shù)、滲透系數(shù)和分離系數(shù)均大于未改性復(fù)合膜的;當Cu3(BTC)2填充量為25％時，膜的分離性能最佳，與未改性復(fù)合膜相比，CO2、CH4、O2和N2的擴散系數(shù)增幅分別為120％、117％、109％和112％，滲透系數(shù)增幅依次為33％、17％、2

5、7％、26％，CO2/CH4、 O2/N2和CO2/N2的分離系數(shù)也有所提高，其增幅依次為13％、0.6％、5.4％。
　　 對Cu3(BTC)2填充量為25％的改性PDMS/PEI復(fù)合膜分離CO2/CH4過程進行了理論計算，結(jié)果表明:在一定溫度、進料壓力及混合氣組成下，隨著進料流量的增加，CO2的滲透系數(shù)增大，而CO2/CH4的分離系數(shù)和CO2的回收率下降;在一定溫度、進料壓力及流量下，隨著CO2/CH4混合氣中CO2濃度的上