界面聚合法成膜過程觀測及分離CO2復合膜制備.pdf

1、界面聚合法已成功應用于商業(yè)化反滲透膜和納濾膜的制備,在制備氣體分離膜方面也表現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而,界面聚合成膜過程的相關研究報道較少,同時,界面聚合分離氣體復合膜的“制備—結構—性能”關系尚不明晰?；诖?本文分別以N-甲基二乙醇胺(MEDA)和均苯三甲酰氯(TMC)為水相和有機相單體,開發(fā)了兩種可視化技術對界面聚合成膜過程進行研究,同時還探明了界面聚合分離氣體復合膜的“制備—結構—性能”關系。
　　采用視頻光學接觸角測量儀(

2、OCA)對界面聚合過程中水相懸滴浸入有機相中的形貌以及所形成的膜的形貌進行了研究。首先,通過觀察水相懸滴浸入有機相中的形貌變化,證實界面聚合膜朝有機相生長。其次,研究了多種聚合條件對界面聚合過程中膜形貌的影響,結果發(fā)現(xiàn)界面聚合膜上通常會出現(xiàn)“胞狀”結構。膜上的“胞狀”結構的產(chǎn)生歸因于所形成的具有巨大表面能的初生膜處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)。最后,實驗驗證了界面聚合過程中形成的膜表面“胞狀”結構最終會形成粗糙的復合膜表面。
　　采用光學顯

3、微鏡對界面聚合過程中膜形貌進行可視化研究。首先對界面聚合過程中兩相單體的擴散進行分析,結果表明兩相單體的擴散都導致水相-有機相界面處界面不穩(wěn)定性的產(chǎn)生。其次,研究發(fā)現(xiàn)界面聚合膜形貌為典型的多尺度形貌,膜表面較小尺度的“胞狀”結構均勻分布在較大尺度的凹凸不平的結構上。界面聚合膜表面較小尺度的“胞狀”結構的產(chǎn)生歸因于所形成的具有巨大表面能的初生膜處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài);而反映了水相-有機相界面處波動的膜表面較大尺度的凹凸不平歸因于聚合過程中界

4、面處存在的水相單體濃度梯度所引起的界面不穩(wěn)定性。
　　在涂敷一層硅橡膠(PDMS)涂層的聚砜(PS)超濾膜上界面聚合制備復合膜用于 CO2/N2分離。利用多種測試手段對復合膜分離層的結構參數(shù)進行表征。研究了復合膜的“制備—結構—性能”關系。結果表明,同時具有高 CO2滲透速率和高 CO2/N2分離因子的復合膜具有較薄的分離層厚度、較高的分離層交聯(lián)度和較低的分離層結晶度。上述高性能氣體分離膜可以按照以下兩條原則制得:①增加水相單體在