聚丙烯腈基不對稱炭膜的制備及性能研究.pdf

1、炭膜是一種新穎的多孔炭基膜材料，具有優(yōu)異的氣體分離性能和熱穩(wěn)定性能，融合了炭材料的結(jié)構(gòu)特性（具有發(fā)達的、孔徑分布均一的納米級微孔結(jié)構(gòu)）以及膜材料高效節(jié)能的優(yōu)勢，特別是在小分子氣體分離領(lǐng)域展示出廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前制備的炭膜成本較高，分離層較厚而很難達到較高的氣體滲透通量，在一定程度上限制了其工業(yè)化應(yīng)用。因此，研發(fā)拓展具有高性價比的前驅(qū)體材料、優(yōu)化改進現(xiàn)有制膜工藝以制備高滲透通量的經(jīng)濟炭膜是推進炭膜工業(yè)化應(yīng)用的重要途徑。
　　

2、本文以價格相對低廉的聚丙烯腈(PAN)為前驅(qū)體，采用干——濕相轉(zhuǎn)化法制備不對稱聚合物膜，再經(jīng)預(yù)氧化和炭化處理制備不對稱炭膜，研究了相轉(zhuǎn)化工藝條件（鑄膜液濃度、溶劑種類、添加劑種類和濃度）、預(yù)氧化工藝（預(yù)氧化溫度、恒溫時間和空氣流率）以及炭化工藝（炭化溫度和恒溫時間）對膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，并采用恒壓力變體積法、SEM、XRD、FT-IR等方法進行了表征，以制備高滲透通量的經(jīng)濟炭膜。研究表明:
　　(1)相轉(zhuǎn)化工藝對不對稱炭膜的結(jié)構(gòu)和

3、性能有很大的影響。降低PAN濃度能夠提高炭膜的氣體滲透通量，但選擇性和機械性能降低:不同溶劑制備的炭膜結(jié)構(gòu)差異較大，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑制備的炭膜具有較好的機械性能和滲透性能;添加劑聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)對膜結(jié)構(gòu)的影響較大，隨著添加劑濃度以及PEG分子量的增大，膜結(jié)構(gòu)更加致密，機械性能更好，但氣體滲透通量變小。
　　(2)預(yù)氧化工藝對不對稱膜的結(jié)構(gòu)和性能有很大的影響。提高預(yù)氧化溫度、延長恒溫時間