磺化聚芳醚酮膜的制備及其氣體滲透性能.pdf

1、氣體膜分離技術(shù)是目前受到廣泛關(guān)注的“綠色技術(shù)”，具有分離效率高、操作簡單、能耗低、設(shè)備緊湊等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、冶煉、天然氣、合成氨等領(lǐng)域中。分離膜是氣體膜分離技術(shù)的核心，已經(jīng)開發(fā)的分離膜材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)、乙酸纖維素(CA)、聚砜(PS)等，但普遍存在滲透性低、選擇性差或熱穩(wěn)定性差等問題，因此研究開發(fā)高性價(jià)比的新型氣體分離膜材料成為目前的研究熱點(diǎn)。
　　聚芳醚酮是一種耐高溫?zé)崴苄蕴胤N工程塑料，力

2、學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等綜合性能優(yōu)異?；腔鄯济淹粌H保持了優(yōu)異的綜合性能，同時(shí)改善了滲透性能和分離性能，因此得到廣泛應(yīng)用。本文以雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)和聚醚醚酮(PEEK)為原料，分別對進(jìn)行磺化改性，制備了離子交換容量(IEC)不同的磺化雜萘聯(lián)苯聚醚酮(SPPEK)和磺化聚醚醚酮(SPEEK)。通過1H-NMR和FT-IR對聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，分析表明磺酸基團(tuán)成功引入到兩類聚合物中。SPPEK及SPEEK在N-甲基吡咯烷酮(

3、NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等溶劑中均具有良好的溶解性，并且具有較高的熱穩(wěn)定性。
　　通過溶液澆鑄法，分別將SPPEK和SPEEK刮制成膜，考察了SPPEK均質(zhì)膜和SPEEK均質(zhì)膜的機(jī)械性能、吸水率、溶脹率、水合數(shù)和動(dòng)態(tài)接觸角。隨著IEC的增大，兩類膜的拉伸強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)接觸角呈下降趨勢，吸水率、溶脹率和水合數(shù)呈上升趨勢。SPPEK膜的拉伸強(qiáng)度介于93.6 MPa～96.7 MPa之間，動(dòng)態(tài)接觸角初始值介于64.36°～

4、84.86°之間，吸水率介于20.1％～42.5％之間。結(jié)果表明，當(dāng)IEC相近時(shí)，SPPEK膜的拉伸強(qiáng)度、吸水率、溶脹率、水合數(shù)均高于對應(yīng)的SPEEK膜，動(dòng)態(tài)接觸角低于對應(yīng)的SPEEK膜。
　　考察了IEC和溫度對SPPEK膜及SPEEK膜的水蒸氣滲透速率(WVP)的影響。結(jié)果表明，在相同溫度下，兩類均質(zhì)膜的水蒸氣滲透速率均隨IEC的提高而增大，SPPEK膜在38℃下的水蒸氣透過速率介于2.94×10-3g·h-1·cm-2～4.

5、32×10-3 g·h-1·cm-2之間。當(dāng)IEC相近時(shí)，SPPEK均質(zhì)膜的水蒸氣滲透速率是SPEEK均質(zhì)膜的1.13倍～1.35倍。此外，SPPEK膜及SPEEK膜的水蒸氣滲透速率均隨溫度的提高而增大，存在溫度依賴性，符合Arrhenius方程。
　　考察了IEC和壓力對SPPEK膜及SPEEK膜的N2及O2滲透系數(shù)的影響。結(jié)果表明，在相同壓力下，兩類均質(zhì)膜的N2及O2滲透系數(shù)均隨IEC的提高而減小，SPPEK膜在0.8MPa下