中空纤维气体分离膜支撑层结构的优化研究
中空纤维膜的填充密度高，膜面积大，被广泛用于气体分离、污水处理、有机溶剂分离和海水淡化等领域。本论文分别以聚丙烯腈（PAN）和聚砜(PSF)通过干喷-湿纺法制备中空纤维膜，后通过涂覆硅橡胶(PDMS)分离层得到复合膜。通过调整铸膜液的配方和纺丝条件，优化中空纤维支撑层的结构，进而提高了中空纤维复合膜的气体分离性能。 利用扫描电镜、水接触角、拉伸强度，研究了纺丝条件对中空纤维膜的形貌和力学性能的影响规律。通过测量气体渗透速率和分离系数等表征了复合膜的气体分离性能。结果表明，铸膜液中聚合物浓度越高，膜的传质阻力越大;增加非溶剂的含量使得中空纤维膜支撑层的通透性提高;芯液流速降低，中空纤维支撑层的气体渗透速率下降;牵引速率过快或芯液的水含量提高均导致支撑层阻力提高。PDMS的浓度较高时，容易得到无缺陷的复合膜，但是过高浓度会使得中空纤维复合膜对气体的渗透速率下降。 我们发现，在采用溶剂交换法干燥中空纤维湿膜的过程中，膜内残留的溶剂与非溶剂会导致支撑层孔结构的塌陷。本文优化了溶剂交换的方法;比较了冷冻干燥、甲醇/正己烷溶剂交换、异丙醇/正己烷溶剂交换三种后处理方法对中空纤维膜气体渗透速率的影响;研究了溶剂交换过程中甲醇和正己烷的不同交换次数对中空纤维膜气体渗透速率的影响规律。 最后，在最优的工艺条件下得到了高性能的中空纤维气体分离膜。其N2的通量为500±5GPU，O2的通量为1050±5GPU，CO2的通量为5300±10GPU。该性能达到了国际领先水平。
中空纤维复合膜;聚丙烯腈;聚砜;硅橡胶;制备工艺;支撑层结构;气体分离
北京化工大学
硕士
材料工程
李培;温建波
2020
中文
TQ342.94;TQ340.6
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）