非對(duì)稱(chēng)中空纖維負(fù)載氧化石墨烯膜的制備及氣體分離性能研究.pdf

1、隨著分離技術(shù)的發(fā)展，氫氣的純化日益受到人們的關(guān)注，本課題擬基于高長(zhǎng)徑比的陶瓷中空纖維負(fù)載氧化石墨烯膜以提高膜的強(qiáng)度和分離性能。為此，采用高強(qiáng)度的YSZ（8%Y2O3摻雜的ZrO2）基于相轉(zhuǎn)化法制備多孔中空纖維陶瓷膜，通過(guò)真空輔助的抽濾法負(fù)載超薄氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，形成GO/YSZ復(fù)合膜，GO膜厚度大約為230nm。GO片層之間的2D納米孔道及表面缺陷使此種膜具有了分子篩功能，20 oC時(shí)H2和N2兩種單組分

2、氣體的滲透能力分別為4.4×10-8和5.8×10-10 mol·m-2·s-1·Pa-1，理想分離因數(shù)高達(dá)76，而 H2/N2混合氣的分離因數(shù)為68，這是由于組分之間相互碰撞阻礙所造成的。隨著工作溫度的升高，石墨烯膜層間距加大，使N2的滲透速率增幅超過(guò)了H2，因此H2/N2分離系數(shù)在100oC僅為37，但此種膜能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)240h，性能無(wú)衰減。基于分子篩機(jī)理，模擬了H2/N2混合氣分離過(guò)程中，氫氣的分壓、滲透量在管內(nèi)的分布，結(jié)果表明，微

3、管前端（微管進(jìn)氣口端），H2滲透量和氫分壓急劇增加，約5cm處變化甚微，表明微管的有效滲透區(qū)域約為5cm左右；適當(dāng)增加原料氣壓力或降低滲透?jìng)?cè)壓力，都能增壓氫氣滲透量。
　　為降低制備成本和增加GO膜與基底的結(jié)合力，又選取了含Si的Al2O3中空纖維膜作基底，制備GO/Si-Al2O3復(fù)合膜（Si摻雜Al2O3負(fù)載GO膜），考察了Si含量對(duì)H2/N2混合氣體分離性能的影響。結(jié)果表明，GO/Si-Al2O3復(fù)合膜也具有較優(yōu)異的氣體選擇