炭膜表面疏水改性研究.pdf

1、炭膜作為一種新型炭基膜材料，具有氣體分離性能好、孔徑分布窄且易調(diào)節(jié)、耐化學腐蝕等優(yōu)點，在二氧化碳捕集、氫氣回收、空氣分離等方面具有廣闊的應用前景。然而，均質(zhì)炭膜質(zhì)脆、易碎，無法滿足工業(yè)化需求，為了提高炭膜的機械強度，通常制備成支撐體復合炭膜。但炭膜在制備、應用及儲存過程中較易受到氧、濕度的影響，氧的化學吸附產(chǎn)生的含氧基團會通過氫鍵與水分子結(jié)合形成水分子簇，進而在炭膜孔中發(fā)生毛細冷凝現(xiàn)象，減小炭膜的有效孔徑，導致氣體分離性能的嚴重下降。因

2、此為了延緩炭膜的老化情況，延長炭膜的使用壽命，對炭膜表面進行疏水改性顯得尤為重要。
　　本文以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)為混合硅源合成疏水硅溶膠，將其浸漬涂覆在卷式炭膜上，經(jīng)干燥、熱處理制備疏水炭膜。考察了硅溶膠的制備工藝條件如硅源配比、乙醇和水添加量、反應溫度和時間以及熱處理溫度對所制備炭膜疏水性能的影響，通過TG、IR、AFM及SEM表征對疏水炭膜的表面化學結(jié)構(gòu)和形貌行分析。并對最佳條件下制備的疏水炭

3、膜進行了老化實驗考查，同時以乙醇/水、異丙醇/水混合組分為待分離體系，考查疏水炭膜的滲透汽化性能。結(jié)果表明:
　　(1)甲基化二氧化硅表面結(jié)構(gòu)的引入，極大提高了炭膜表面疏水性能。硅溶膠的制備工藝對所制備疏水炭膜的表面化學結(jié)構(gòu)、形貌及粗糙度都有較大的影響，其中硅溶膠合成反應溫度對疏水性能的影響最為顯著。表面甲基基團含量對提高膜表面疏水性能起到?jīng)Q定性作用。通過控制硅溶膠合成和膜的熱處理工藝可以有效地調(diào)控炭膜的表面疏水性能。最佳條件下制

4、備的疏水炭膜，表面粗糙度為34.263nm，水接觸角達到138°左右。
　　(2)炭膜的表面疏水改性有極大降低了炭膜表面的水活性，有效改善了炭膜的老化問題，延長了炭膜的使用壽命。在相對濕度為60％條件下放置30天后，疏水型炭膜O2通量下降至原通量的65.3％，選擇性略有增加，而原始炭膜O2通量下降明顯，僅為原通量的10％。
　　(3)疏水炭膜具有良好的滲透汽化性能，隨著溫度的升高，總通量明顯上升，選擇性略有下降，隨著乙醇和異