高分子-金屬有機(jī)框架雜化膜的制備與滲透蒸發(fā)過程強(qiáng)化.pdf

1、高分子高分子金屬有機(jī)框架雜化膜的金屬有機(jī)框架雜化膜的制備與滲透蒸發(fā)過程強(qiáng)化制備與滲透蒸發(fā)過程強(qiáng)化Fabricationpervapationprocessintensificationofpolymermetalganicframewkhybridmembranes一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工藝作者姓名：于勝楠指導(dǎo)教師：姜忠義教授天津大學(xué)化工學(xué)院2016年5月天津大學(xué)博士學(xué)位論文摘要摘要摘要近年來，空氣污染問題已成為全社會(huì)關(guān)

2、注的熱點(diǎn)問題，車用燃油脫硫是降低空氣污染物排放量的有效手段之一。滲透蒸發(fā)脫硫過程具有效率高、能耗物耗低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，具有良好應(yīng)用前景。滲透蒸發(fā)脫硫過程是高溶脹性有機(jī)小分子混合物分離的典型過程，開發(fā)兼具高滲透性、高選擇性、高穩(wěn)定性的膜材料是實(shí)現(xiàn)滲透蒸發(fā)脫硫過程高效強(qiáng)化的關(guān)鍵，然而現(xiàn)有的膜材料難以滿足前述需求。本研究面向清潔燃油生產(chǎn)的重大需求，設(shè)計(jì)制備一系列兼具高滲透性、高選擇性、高穩(wěn)定性的高分子金屬有機(jī)框架材料(MOF)雜化膜，調(diào)控構(gòu)

3、效關(guān)系，實(shí)現(xiàn)模擬汽油脫硫過程的高效強(qiáng)化，以期為高性能脫硫膜材料的開發(fā)提供理論與技術(shù)層面的參考。1.為調(diào)控膜的自由體積特性并利用MOF的規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)提高膜的滲透性，將具有發(fā)達(dá)孔道結(jié)構(gòu)的MIL101引入聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜基質(zhì)制備了雜化膜。MIL101通過干擾PDMS鏈段排布提高膜的自由體積分?jǐn)?shù)，提高膜的滲透性，并在膜內(nèi)提供了低阻力傳質(zhì)通道。所制備的雜化膜與PDMS空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高136%與38%。2.為調(diào)控高

4、分子填充劑界面，將負(fù)載Cu(II)的UiO67bpydc引入PDMS膜基質(zhì)制備了雜化膜。負(fù)載的Cu(II)可改變UiO67bpydc的結(jié)構(gòu)，影響高分子填充劑界面附近高分子鏈段的排布，提高膜的滲透性。所制備的雜化膜與不負(fù)載Cu(II)的PDMSUiO67bpydc雜化膜相比，滲透通量提高54%，選擇性未見顯著變化；與PDMS空白膜相比，滲透通量與選擇性分別提高74%與10%。3.為明確MOF的孔道與通過干擾高分子鏈段排布提高膜自由體積分?jǐn)?shù)

5、這兩種因素各自對(duì)膜滲透性提高的貢獻(xiàn)，并在滲透蒸發(fā)模擬汽油脫硫過程中引入促進(jìn)傳遞機(jī)制，實(shí)現(xiàn)膜分離過程的溶解選擇性、擴(kuò)散選擇性、反應(yīng)選擇性的協(xié)同優(yōu)化，將具有空金屬活性位的CuBTC(HKUST1)與參照物閉孔CuBTC分別引入PDMS基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC的空金屬活性位發(fā)揮促進(jìn)傳遞作用。所制備的填充CuBTC與閉孔CuBTC的雜化膜與空白膜相比，標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相

6、互作用，提高膜的滲透性，將CuBTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫與參照物閉孔CuBTC分別引入P

7、DMS基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC的空金屬活性位發(fā)揮促進(jìn)傳遞作用。所制備的填充CuBTC與閉孔CuBTC的雜化膜與空白膜相比，標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相互作用，提高膜的滲透性，將CuBTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜

8、化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫分別引入PDMS基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC的空金屬活性位發(fā)揮促進(jìn)傳遞作用。所制備的填充CuBTC與閉孔CuBTC的雜化膜與空白膜相比，標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相互作用，提高膜的滲透性，將Cu

9、BTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫的空金屬活性位發(fā)揮促進(jìn)傳遞作用。所制備的填充CuBTC與閉孔C

10、uBTC的雜化膜與空白膜相比，標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相互作用，提高膜的滲透性，將CuBTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性

11、能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫與閉孔CuBTC的雜化膜與空白膜相比，標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相互作用，提高膜的滲透性，將CuBTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜

12、化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫的雜化膜與空白膜相比，標(biāo)準(zhǔn)化滲透通量、富集因子分別提高100%、75%與47%、7%。4.為調(diào)控高分子鏈段間的相互作用，提高膜的滲透性，將CuBTC引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用

13、來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫引入Pebax2533膜基質(zhì)制備了雜化膜。CuBTC通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性

14、。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：雜化膜，金屬有機(jī)框架材料，促進(jìn)傳遞，構(gòu)效關(guān)系，滲透蒸發(fā)，脫硫通過干擾高分子鏈段間的相互作用并與高分子鏈段形成氫鍵作用來調(diào)控膜結(jié)構(gòu)，提高膜的滲透性與穩(wěn)定性；通過促進(jìn)傳遞作用提高膜的選擇性。所制備的雜化膜與Pebax空白膜相比，滲透通量與富集因子分別提高36%與11%，且在較高操作溫度下的分離性能具較大的競(jìng)