聚醚醚酮改性膜的制备及CO2分离性能研究
目录
摘要.................................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................................... II 前言.. (1)
第一章文献综述 (1)
1.1 课题研究背景 (1)
1.1.1 分离和捕集CO2的意义 (1)
1.1.2 CO2捕集技术概括 (2)
1.2 用于CO2捕集的气体膜分离技术 (3)
1.3 CO2分离膜材料研究进展 (4)
1.3.1 无机膜 (4)
1.3.2 高分子膜 (5)
1.3.3 促进传递膜 (7)
1.3.4 高分子-无机杂化膜 (9)
1.4 聚醚醚酮相关研究简述 (11)
1.4.1 磺化聚醚醚酮气体分离应用 (12)
1.5 论文选题与主要研究思路 (12)
第二章实验部分 (14)
2.1 实验原料与实验设备 (14)
2.1.1 主要实验原料 (14)
2.1.2 主要实验仪器与实验设备 (15)
2.2 膜的表征 (15)
2.2.1红外光谱 (15)
2.2.2 X射线衍射 (16)
2.2.3热重量分析（TGA）和差示扫描量热分析（DSC） (16)
2.2.4 正电子湮没寿命谱 (16)
2.3 膜水含量及水状态分离 (16)
2.4 气体渗透性能测试方法 (17)
2.4.1 实验装置 (17)
2.4.2 实验步骤 (18)
2.4.3 气相色谱检测条件 (19)
2.4.4 评价指标 (19)
2. 5 小结 (20)
第三章磺化聚醚醚酮膜的制备及CO2分离性能研究 (21)
3.1 引言 (21)
3.2 磺化聚醚醚酮及磺化聚醚醚酮膜的制备 (21)
3.2.1 磺化聚醚醚酮的制备 (21)
3.2.2 磺化聚醚醚酮磺化度的测定 (21)
3.2.3 磺化条件对SPEEK磺化度的影响 (22)
3.2.4 磺化聚醚醚酮膜的制备 (22)
3.3 SPEEK膜的表征 (23)
3.3.1 FTIR (23)
3.3.2 TGA (23)
3.3.3 XRD (24)
3.3.4 PALS (25)
3.4膜的气体分离性能测试 (25)
3.4.1 磺化度对SPEEK膜的气体分离性能的影响 (25)
3.4.2原料气压力对SPEEK膜的气体分离性能的影响 (27)
3.4.3操作温度对SPEEK膜的气体分离性能的影响 (27)
3.5 本章小结 (28)
第四章磺化聚醚醚酮/磷酸盐膜的制备及CO2分离性能研究 (29)
4.1 引言 (29)
4.2 膜的制备 (29)
4.3 膜的表征 (30)
4.3.1 FTIR (30)
4.3.2 TGA (30)
4.3.3 DSC (31)
4.3.4 XRD (32)
4.4 膜的气体分离性能测试 (32)
4.4.1 盐的类型对膜的气体分离性能的影响 (32)
4.4.2 盐的含量对膜的气体分离性能的影响 (34)
4.4.3 原料气压力对膜的气体分离性能的影响 (34)
4.4.4 操作温度对膜的气体分离性能的影响 (35)
4.5 本章小结 (36)
第五章磺化聚醚醚酮/赖氨酸钠膜的制备及CO2分离性能研究 (37)
5.1 引言 (37)
5.2 膜的制备 (37)
5.3 膜的表征 (38)
5.3.1 FTIR (38)
5.3.2 TGA (38)
5.3.3 XRD (39)
5.4 膜的气体分离性能测试 (40)
5.4.1 赖氨酸钠添加量对膜的气体分离性能的影响 (40)
5.4.2 原料气压力对膜的气体分离性能的影响 (41)
5.4.3 操作温度对膜的气体分离性能的影响 (41)
5.4.4 膜的渗透性与选择性的关系 (42)
5.5 本章小结 (43)
第六章结论与展望 (44)
6.1 结论 (44)
6.2 展望 (44)
参考文献 (45)
致谢 (50)
作者简介 (51)
聚醚醚酮改性膜的制备及CO2分离性能研究
前言
大气中不断增加的CO2含量是当今最有压力的环境问题之一。据国际间气候变化委员会（IPCC）报道，到2050年时，大气中CO2的含量将达到450-550 ppm。在过去的上世纪里，温室气体的增加使得地球平均温度上升了1.4-5.8 ℃，引起海平面上升及极端气候变化等。因此，控制和减少CO2的排放量是一个全球性的科学问题。
发展碳捕集技术（CCS）是绿色低碳的需要，也是减少CO2排放量极具潜力的方法。目前碳捕集技术主要有吸收法、吸附法、低温蒸馏法和膜分离方法，相比于其他几种方法，膜分离法因能耗低、设备简单、操作简便、投资小、分离效率高等优点成为备受关注的分离方法。
CO2分离膜材料是碳捕集技术的核心，是膜分离领域的主要研究对象，其渗透性和选择性是制约CO2捕集过程经济性的关键。按照膜的结构和分离原理的不同可以将CO2分离膜分为：无机膜、普通高分子膜和促进传递膜。目前已经商业化的膜材料大部分是高分子膜材料，无机膜因其质脆、成本高等缺点限制了它的工业应用。
本文以聚醚醚酮（PEEK）改性后的具有高吸水率和溶胀性能的聚电解质高分子磺化聚醚醚酮（SPEEK）作为基膜，通过调整膜材料的磺化度、在膜中引入不同酸碱性的磷酸盐及氨基酸盐来强化溶解-扩散机制，使得CO2/CH4的分离性能得到提高。
第一章文献综述
膜可以定义为：它是一种半活性或被动的障碍物，在一定的驱动力下，在气态或液态混合物溶液中，允许一个或更多选定的物种或成分（分子，颗粒或聚合物）渗透。膜技术在化工行业、食品行业，乳制品制造业以及汽车工业等有广泛的应用。气体膜分离技术商业化始于20世纪70年代末美国孟山都公司研制的“Prism”膜分离装置成功应用在合成氨驰放气中氢气的回收。在碳捕集、氧氮分离、烷烯分离等重要分离体系中气体膜分离技术都展现出独特的优势。目前，气体分离膜技术已成为材料科学、化学工程学、过程工程学的研究热点之一。用于CO2等酸性气体脱除和分离的膜技术得到了各国科学家的广泛关注。
1.1课题研究背景
1.1.1 分离和捕集CO2的意义
全球变暖所导致的气候问题是一个普遍的公众关注的主题，大气中CO2的排放量从1970年到2004年增加了近80%[1]，这一急剧的增加主要是由于对化石燃料（煤、石油和天然气）的依赖性的增加，而其占据了86%的人为温室气体的排放。此外，土地利用