前驱体分子结构对聚糠醇基碳膜微结构及气体分离性能的影响.pdfVIP

VOI. 28 高 等 学 校 化 学 学报 NO. 6 2 0 0 7 年6 月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1143 ~ 1146 前驱体分子结构对聚糠醇基碳膜微结构 及气体分离性能的影响 王秀月，王同华，宋成文，曲新春 （大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室，碳素材料研究室，大连 116012 ） 摘要 分别以草酸（OA ）和碘（I ）两种催化剂合成聚糠醇（PFA ）前驱体制备气体分离碳膜. 采用TG ，FTIR 和 XRD 对其微结构进行研究，并通过纯组分气体的渗透实验对碳膜的分离性能进行了探讨. 研究结果表明， 在热解过程中，两种结构的聚糠醇都是通过脱氧、重排、环化、芳构化等热分解和热缩聚反应逐渐转化为无 定形的乱层碳结构，但热分解反应过程明显不同，所形成碳膜微结构的差异也很大. 草酸催化剂制备的聚糠 醇碳膜的微晶! 值比碘催化剂制备碳膜的大，而 和! 值则比后者的小，表明草酸催化剂制备的聚糠 c （002 ） a 醇碳膜碳微晶片层数多、排列规则、结构缺陷和孔隙均小于碘催化剂制备的聚糠醇碳膜，而且其气体分离选 择性较高、渗透通量较小，表明聚糠醇的分子结构对所制备碳膜的微结构及气体分离性能有很大影响. 关键词 聚糠醇；碳膜；分子结构；气体分离 中图分类号 O643 ；O626. 11；TO28. 8 文献标识码 A 文章编号 0251-0790 （2007 ）06-1143-04 膜法气体分离因其具有操作简单、节能和高效等特点而备受关注. 新型无机碳膜的热稳定性和化 学稳定性良好，用于气体分离表现出良好的气体渗透性和分离选择性，超出了聚合物膜的RObesOn 上 ［1，2 ］ 限 . 热固性树脂聚糠醇是制备气体分离碳膜的优良前驱体. 其价格低廉，残碳量高，形成的特殊孔 ［3 ］ 隙结构有利于气体分离 . 目前用于制备碳膜的聚糠醇通常是商业化产品，这种产品由糠醇单体在强 酸性催化剂如盐酸、硫酸存在下聚合而成，因其聚合度大、粘度高，使用时需加溶剂稀释，增加了碳膜 制备工艺的复杂性. 因此，有必要选择一种性能温和的催化剂制备聚糠醇. 本文采用两种类型催化剂 引发糠醇，在温和条件下合成聚糠醇，用于制备碳膜，并采用TG ，FTIR 和XRD 及气体渗透实验探讨 了不同的聚糠醇分子结构对所制备的碳膜微结构及气体分离性能的影响. ! 实验部分 !. ! 实验原料 采用的涂膜液分别由草酸（OA ）和碘（I ）两种催化剂催化聚合而成，其具有不同分子结构的低粘度 PFA ）液体，分别用PFA-OA 和PFA-I 表示. 选用自制的煤基微滤碳膜（平均孔径为0. 11 m ， 聚糠醇（ ! 孔隙率为40% ）作为制备复合碳膜的支撑体，其具体制备方法参照文献［4 ］. !. # 复合碳膜的制备和表征 将处理后的微滤碳膜安装到涂膜机上，以2 cm/ min 的速度浸入到涂膜液中，3 min 后以同样的速 度提出，放入烘箱中于80 C 干燥12 h 后，升温至120 C 再干燥12 h. 得到的复合膜放入碳化炉中，在