炭膜表面疏水改性研究.pdf

1、炭膜作為一種新型炭基膜材料，具有氣體分離性能好、孔徑分布窄且易調節(jié)、耐化學腐蝕等優(yōu)點，在二氧化碳捕集、氫氣回收、空氣分離等方面具有廣闊的應用前景。然而，均質炭膜質脆、易碎，無法滿足工業(yè)化需求，為了提高炭膜的機械強度，通常制備成支撐體復合炭膜。但炭膜在制備、應用及儲存過程中較易受到氧、濕度的影響，氧的化學吸附產生的含氧基團會通過氫鍵與水分子結合形成水分子簇，進而在炭膜孔中發(fā)生毛細冷凝現象，減小炭膜的有效孔徑，導致氣體分離性能的嚴重下降。因

2、此為了延緩炭膜的老化情況，延長炭膜的使用壽命，對炭膜表面進行疏水改性顯得尤為重要。
　　本文以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)為混合硅源合成疏水硅溶膠，將其浸漬涂覆在卷式炭膜上，經干燥、熱處理制備疏水炭膜?？疾炝斯枞苣z的制備工藝條件如硅源配比、乙醇和水添加量、反應溫度和時間以及熱處理溫度對所制備炭膜疏水性能的影響，通過TG、IR、AFM及SEM表征對疏水炭膜的表面化學結構和形貌行分析。并對最佳條件下制備的疏水炭

3、膜進行了老化實驗考查，同時以乙醇/水、異丙醇/水混合組分為待分離體系，考查疏水炭膜的滲透汽化性能。結果表明:
　　(1)甲基化二氧化硅表面結構的引入，極大提高了炭膜表面疏水性能。硅溶膠的制備工藝對所制備疏水炭膜的表面化學結構、形貌及粗糙度都有較大的影響，其中硅溶膠合成反應溫度對疏水性能的影響最為顯著。表面甲基基團含量對提高膜表面疏水性能起到決定性作用。通過控制硅溶膠合成和膜的熱處理工藝可以有效地調控炭膜的表面疏水性能。最佳條件下制

4、備的疏水炭膜，表面粗糙度為34.263nm，水接觸角達到138°左右。
　　(2)炭膜的表面疏水改性有極大降低了炭膜表面的水活性，有效改善了炭膜的老化問題，延長了炭膜的使用壽命。在相對濕度為60％條件下放置30天后，疏水型炭膜O2通量下降至原通量的65.3％，選擇性略有增加，而原始炭膜O2通量下降明顯，僅為原通量的10％。
　　(3)疏水炭膜具有良好的滲透汽化性能，隨著溫度的升高，總通量明顯上升，選擇性略有下降，隨著乙醇和異