添加劑對PDMS-PAN富氧復合膜性能的影響.pdf

1、膜法制備富氧空氣進行助燃可以極大的降低工業(yè)生產(chǎn)中的能耗，減少廢氣的排放，符合節(jié)能減排戰(zhàn)略，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，已成為膜分離領域研究的重點之一。實際生產(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，而對分離系數(shù)要求不嚴。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，從而得到廣泛應用，但因其機械強度不高，一般將其復合在多孔支撐基膜上制備成

2、復合膜使用。復合膜的性能除了和膜材料本身有關之外，還受到基膜結(jié)構的重要影響，因此，制備合適孔結(jié)構的基膜是制備高性能富氧復合膜的關鍵之一。 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)，通過浸入沉淀相轉(zhuǎn)化法制備基膜，以PDMS為選擇層涂覆制備復合膜。通過使用有機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）和無機添加劑氯化鋅

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

4、了添加劑對鑄膜液熱力學性質(zhì)和凝膠動力學的影響。研究了鑄膜液體系的相分離行為，測試了其濁點數(shù)據(jù)，進行（linearized cloud point，簡稱LCP）回歸，計算制膜體系的理論雙節(jié)線。結(jié)果表明，該體系熱力學相行為符合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，熱力學穩(wěn)定性減弱，分相加快。同時，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，成膜時透光率曲線起始部分

5、的斜率絕對值逐漸減小，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。 最后，通過掃描電鏡對添加劑對基膜結(jié)構的影響進行了表征，并利用氧、氮純氣對復合膜的性能進行了測試。當添加分子量為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，復合膜均顯示出優(yōu)良的富氧性能，其氧氣滲透速率分別為：407、352、377、521、410、4