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基于仿生粘合启发下的气体分离膜的制备与结构强化

基于仿生粘合启发下的气体分离膜的制备与结构强化. 报告人：芦霞 指导教师：吴洪教授 2012 年 09 月 29 日. 主要内容. 一. 二. 三. 一、研究背景 ------1.1 项目研究的意义. 一、研究背景 ------1.1 项目研究的意义. 天然气中也含有大量的 CO 2 ， 一般情况下刚开采出来的天然气含有 10%-20% 的 CO 2 ，有的甚至达到 80% 以上。但是天然气中的 CO 2 会对管道造成严重的腐蚀，影响天然气的运输。因此，在运输天然气之前要对其进行处理，才能保证安全运输。

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基于仿生粘合启发下的气体分离膜的制备与结构强化

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Presentation Transcript

  1. 基于仿生粘合启发下的气体分离膜的制备与结构强化基于仿生粘合启发下的气体分离膜的制备与结构强化 报告人：芦霞 指导教师：吴洪教授 2012年09月29日

  2. 主要内容 一 二 三

  3. 一、研究背景------1.1项目研究的意义

  4. 一、研究背景------1.1项目研究的意义 天然气中也含有大量的CO2， 一般情况下刚开采出来的天然气含有10%-20%的CO2，有的甚至达到80%以上。但是天然气中的CO2会对管道造成严重的腐蚀，影响天然气的运输。因此，在运输天然气之前要对其进行处理，才能保证安全运输。 中华人民共和国国家标准-----GB 17820-1999规定的天然气外输标准CO2体积不能超过3%。 烟道气或工厂尾气中含有不到10%的二氧化碳，而二氧化碳又是很好的资源，可分离出来重复利用。

  5. 响应了国家把可持续发展战略作为国家宏观经济发展战略响应了国家把可持续发展战略作为国家宏观经济发展战略 • 为2012年起我国将承担起温室气体减排的义务贡献一份力量 • 降低了空气中二氧化碳的排放量，在一定程度上缓解了温室效应造成的 • 负面影响 • 更进一步推进了气体分离膜的工业化应用 • 因此研究工业生产中二氧化碳减排和回收的新技术和新方法对二氧化碳减排、 • 改善环境效和经济效益具有重大社会意义。

  6. 一、研究背景 1.2国内外的研究现状 气体分离膜的发展历程 含氟高分子膜试验及工业设计 美国杜邦（DU Pont）公司首创了中空纤维及其分离装置 阻力复合膜 实现了气体分离膜的飞跃 进入了工业化应用的新阶段 20世纪之后 1000套Prism 及separex 1990 聚乙烯、丁酸-纤维素、氯乙烯-乙酸乙烯共聚体、聚三氟氯乙烯 20世纪80年代 1965 气体透过橡胶模 1954 1831

  7. 一、研究背景 当今的分离二氧化碳的理论基础 分子流、黏性流、表面扩散流 分子筛筛分机理、毛细管凝聚 多孔膜中 气体分离膜的机理 溶解扩散、气体在玻璃态/橡胶态 高分子中的传递、双吸收-双迁移 非多孔膜 主要的气体分离膜可分为：吸附扩散膜、离子-导电膜、质子交换膜

  8. 一、研究背景 当今的分离二氧化碳的膜材料

  9. 一、研究背景 当今的分离二氧化碳的膜材料 • Tg高于200℃、适于纺丝的玻璃态聚合物 • 基于PEO的类橡胶态聚合物 • 基于硅橡胶的橡胶态聚合物 • 固有孔聚合物 • 促进传递聚合物

  10. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 文献调研

  11. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 文献调研

  12. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 文献调研

  13. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 文献调研

  14. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 课题组的工作基础 PDA/PSf的复合膜

  15. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 课题组的工作基础

  16. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 课题组的工作基础

  17. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 课题组的工作基础

  18. 二、实验方案的设计 2.1方案设计的依据 课题组的工作基础 CS/PDA/PES复合膜的制备 J. Chen et al., Journal of Membrane Science, 344 (2009) 136

  19. 2.2实验方案的主要内容 聚多巴胺平板复合膜的设计路线 1、 PDMS/PDA/PES膜的制备 PDMS/PDA/PES PDA/PES PES 含偶联剂的PDMS溶液 含引发剂的DA水溶液

  20. 2.2实验方案的主要内容 聚多巴胺平板复合膜的设计路线 2、 PDA/PDMS/PES膜的制备 PDMS/PES PDA/PDMS/PES PS 含引发剂的DA水溶液 含偶联剂的PDMS溶液

  21. 2.2实验方案的主要内容 促使多巴胺聚合的诱导剂主要有tris、多胺类 多胺类主要有：乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、PEI等

  22. 2.2实验方案的主要内容 PDMS偶联剂主要有：TEOS、APTMS、TSO、AMEO等 含有胺基的偶联剂可以与PDMS形成氢 键，强化了PDMS与PES界面之间的作用

  23. 2.2实验方案的主要内容 通过二次反应引入更多的胺基，比如说像PEG-NH2、明胶、胺化的海藻酸等 聚多巴胺就可能会有相应的改变

  24. 2.2实验方案的主要内容 聚多巴胺中空纤维膜的设计路线 在平板膜的制备已经成熟的工作条件下制备相应的中空纤维膜 中空纤维膜具有接触面积大、减小工艺的占地面积等优势

  25. 二、实验方案的设计 2.3实验方案中涉及到的分析手段 • FTIR 测定膜主体成分 • XPS 确定元素组成及原子含量或浓度 • TEM 测定样品的形貌和尺寸 • BET 测定颗粒的比表面积 • SEM或FESEM 测定样品的表面和断面形貌 • Zeta电位 测定粒度分布是否均一 • TGA 测膜重随温度的变化 • DSC 测样品的相变温度、相变热及Tg • XRD或SAXS 物相结构鉴定、混合物的定量分析、结晶状态的描述 表征和晶体结构参数的测定 • PALs 直接测定高分子的自由体积孔穴大小和强度 • 断裂-形变测试仪 测定膜的机械性能 • ICP 可测定元素质量百分比 • 台阶仪 可测膜表皮的厚度 • NMR 化合物结构分析与物性研究

  26. 二、实验方案的设计 2.4实验方案的创新点 1、仿生启发下的PDMS/（R-NH2）-PDA/PS复合膜的制备 2、探索新的促使多巴胺自聚的引发剂，试图在聚多巴胺中 引入更多的胺基 3、通过聚多巴胺的二次反应引入PEG-NH2、明胶、胺化海藻酸等

  27. 三、预期结果与讨论 3.1 预期结果 复合膜的最终性能指标渗透性为400GPU 选择性为40

  28. 三、预期结果与讨论 3.2分析讨论 基膜的选择 PES是一种热塑性工程材料，力学性能优异，刚性大，耐磨，高强度 热稳定性高，耐水解，尺寸稳定性好，成型收缩率小，无毒，耐辐 射，耐燃等性质。目前市售的聚醚砜的截留分子量最小为5000 PDMS Tg -123ºC Si-C的键角为109 Si-O的键角为143

  29. 三、预期结果与讨论 3.2分析讨论 Sealing layer Separation layer Support layer PDMS/PDA/PES复合膜的界面相互作用示意图

  30. 三、预期结果与讨论 3.2分析讨论

  31. 谢谢大家

  32. S O CH3 O O O CH3

  33. PDMS偶联剂主要有：TEOS、APTMS、TSO、AMEO等

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