添加劑對(duì)PDMS-PAN富氧復(fù)合膜性能的影響.pdf

1、膜法制備富氧空氣進(jìn)行助燃可以極大的降低工業(yè)生產(chǎn)中的能耗，減少?gòu)U氣的排放，符合節(jié)能減排戰(zhàn)略，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為膜分離領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。實(shí)際生產(chǎn)中一般要求富氧量大，但氧氣濃度要求不高，一般為25.0％～35.0％左右，這就要求這類富氧膜具有較高的氧氣滲透速率，而對(duì)分離系數(shù)要求不嚴(yán)。富氧膜材料硅橡膠（PDMS）由于其極高的氧氣滲透系數(shù)可以滿足該種要求，從而得到廣泛應(yīng)用，但因其機(jī)械強(qiáng)度不高，一般將其復(fù)合在多孔支撐基膜上制備成

2、復(fù)合膜使用。復(fù)合膜的性能除了和膜材料本身有關(guān)之外，還受到基膜結(jié)構(gòu)的重要影響，因此，制備合適孔結(jié)構(gòu)的基膜是制備高性能富氧復(fù)合膜的關(guān)鍵之一。 論文以聚丙烯腈（PAN）為基膜材料，N、N—二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑，水為凝膠介質(zhì)，通過(guò)浸入沉淀相轉(zhuǎn)化法制備基膜，以PDMS為選擇層涂覆制備復(fù)合膜。通過(guò)使用有機(jī)添加劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、不同分子量（400、600、1000、2000 g/mol）的聚乙二醇（PEG）和無(wú)機(jī)添加劑氯化鋅

3、（ZnCl2）來(lái)調(diào)節(jié)基膜結(jié)構(gòu)，制備具有合適孔徑、孔隙率結(jié)構(gòu)的多孔支撐基膜，保證涂覆后PDMS可以在基膜表面形成均勻、無(wú)缺陷的超薄致密膜，并提高PDMS/PAN復(fù)合膜的氧氣滲透速率。 首先對(duì)PAN濃度、涂膜方法、PDMS濃度等基本制膜條件進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，當(dāng)PAN濃度為19.0％，PDMS濃度為4.0％（wt.％以后未加說(shuō)明均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，可以制備性能較好的復(fù)合膜，其氧氣滲透速率為292GPU，氧氮選擇性為2.07。其次考察

4、了添加劑對(duì)鑄膜液熱力學(xué)性質(zhì)和凝膠動(dòng)力學(xué)的影響。研究了鑄膜液體系的相分離行為，測(cè)試了其濁點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行（linearized cloud point，簡(jiǎn)稱LCP）回歸，計(jì)算制膜體系的理論雙節(jié)線。結(jié)果表明，該體系熱力學(xué)相行為符合LCP理論，隨著添加劑PVP、PEG濃度及PEG分子量的增大，鑄膜液的凝膠值減小，熱力學(xué)穩(wěn)定性減弱，分相加快。同時(shí)，隨著添加劑PVP、PEG、ZnCl2濃度及PEG分子量的增大，鑄膜液粘度增大，成膜時(shí)透光率曲線起始部分

5、的斜率絕對(duì)值逐漸減小，鑄膜液凝膠速率減小，分相減緩。兩種作用共同影響膜的結(jié)構(gòu)。 最后，通過(guò)掃描電鏡對(duì)添加劑對(duì)基膜結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了表征，并利用氧、氮純氣對(duì)復(fù)合膜的性能進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng)添加分子量為400、600、1000、2000 g/mol的PEG濃度為6.0％、4.0％、2.0％、2.0％，PVP濃度為3.0％，ZnCl2濃度2.0％時(shí)，復(fù)合膜均顯示出優(yōu)良的富氧性能，其氧氣滲透速率分別為：407、352、377、521、410、4