鐵系雜化功能炭膜的制備及其氣體分離性能.pdf

1、炭膜是近二十多年來迅速發(fā)展起來的一種新型多孔炭基膜材料，具有納米級超細微孔結(jié)構(gòu)(孔徑0.3-0.5nm)，可通過"分子篩分"機理對不同直徑的氣體分子進行分離。炭膜具有較高的氣體滲透能力和分離選擇性，且耐高溫、耐酸堿，被認為是極具發(fā)展前景的高性能氣體分離膜。但是，炭膜無序的孔隙結(jié)構(gòu)增加了氣體分子在膜內(nèi)的滲透擴散阻力，降低炭膜的滲透通量，使其難以達到產(chǎn)業(yè)化要求。在前驅(qū)體中摻雜無機納米粒子來重新構(gòu)建炭膜的孔隙結(jié)構(gòu)是提高炭膜氣體滲透性能的一種卓

2、有成效的方法與途徑。 本文采用共混的方法在炭膜前驅(qū)體聚酰亞胺中分別摻雜Fe3O4、γ-Fe2O3、Zn0.5Ni0.5Fe2O4以及二茂鐵，經(jīng)高溫?zé)峤庵苽淞烁邼B透性能的氣體分離功能炭膜。通過X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FTIR)、振動樣品磁力計(VSM)等表征手段對所制備的功能炭膜進行了研究，采用恒壓變體積法與色譜聯(lián)用的技術(shù)測定膜的氣體滲透性能。分別考察了摻雜物種類及其含量、測試溫度、熱解溫度等因素對功能

3、炭膜氣體滲透性和分離選擇性的影響。 結(jié)果表明，四種鐵化合物在不同摻雜量下制備的功能炭膜的氣體滲透性能均有了很大的提高，特別是小分子氣體H2滲透性最大提高了近61倍，20wt.％Fe3O4摻雜所制備的功能炭膜，其H2、CO2、O2、N2和CH4等純氣體的滲透系數(shù)分別達到了15476、4385、1565、193和114Barrer。各功能炭膜(除γ-Fe2O3摻雜)的氣體滲透系數(shù)均隨摻雜量的增加而增加，而分離選擇系數(shù)下降。二茂鐵摻雜

4、制備的功能炭膜的氣體滲透性能隨測試溫度的變化有明顯變化，而測試壓力對其沒有顯著影響。Fe3O4摻雜所制備的功能炭膜的氣體滲透性能隨熱解溫度的升高氣體分離性能顯著降低。二茂鐵在熱解中分解出了單質(zhì)納米Fe粒子均勻分散在炭基體中，而Fe3O4和Zn0.5Ni0.5Fe2O4粒子則在熱解過程中對前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)重排起著不同程度的"催化石墨化"作用。炭基體以類石墨片層和亂層炭兩種結(jié)構(gòu)形式存在。顆粒表面規(guī)則的類石墨化層為小分子氣體如H2提供了規(guī)則的通道