复合炭分子筛膜的制备与气体分离性能.ppt

复合炭分子筛膜的制备与气体分离性能 目录 炭分子筛膜简介 炭分子筛膜的制备过程 炭分子筛膜的特征 炭分子筛膜的分离机理 复合碳分子筛膜简介 实例１、气体渗透性能可调变的碳／分子筛复合膜 实例２、微孔碳／二氧化硅复合膜 实例３、Ag功能化的碳分子筛复合膜 小结－优点 炭分子筛膜的分离能力比聚合物膜有较大的提高。 具有良好的机械强度，可以在高压差下稳定工作。 可以在有机物蒸汽、溶剂、碱性以及非氧化性酸等腐蚀性环境下稳定工作。 具有良好的热稳定性，可以在500-900℃范围进行分离操作。 炭分子筛膜对二氧化碳等气体具有强吸附能力，可以用富集二氧化碳等气体。 炭分子筛膜的孔径与孔分布可以用简单的热化学处理的方法进行调控，可以满足不同的分离要求。 炭分子筛膜可以通过冲洗、蒸汽消毒或高压处理而再生。 小结－局限 炭分子筛膜的脆性较大,弹性小,易碎,给炭膜的成型加工及组装带来一定的困难。 炭分子筛膜需要预纯化器来除去待测气体中的痕量的强吸附性的水蒸气，防止孔道被堵塞。 炭分子筛膜只对尺寸小于0.4-0.45 nm的混合气体具有高分离性能，却不适于分离正异丁烷等较大尺寸的气体。 展望 目前,炭膜的研究正处于起步阶段和技术研发阶段。大量研究表明,炭膜分离技术将成为工业分离过程的又一重要方法。在气体分离方面炭膜有着极大的应用前景。 在炭膜成为商品统治膜市场之前,在聚合物前驱体的研究、成膜及炭化工艺条件的优化、膜性能的改进方面还需要进一步探索研究。 参考文献 S.M.Saufi et al. Carbon 2004, 42, 241 A.F.Ismail et al. J.Membr. Sci. 2001, 193, 1 S.Reculusa et al. Adv. Mater. 2006, 18, 1705 Q.Liu et al. Chem. Mater. 2006, 18, 6283 Q.Liu et al. Chem. Commun. 2006, 1230 M.A.Snyder et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2 Z.P.Lai et al. Science 2003, 300, 456 H. B. Park et al. Adv. Mater. 2005, 17, 477 H. B. Park et al. J. Membr. Sci. 2004, 235, 87 H. B. Park et al. J. Membr. Sci. 2003, 213, 263 J.N.Barsema et al. Adv. Funct.Mater.2005, 15, 69 J.N.Barsema et al. J.Membr. Sci. 2003, 219, 47 * * 周汉导 师： 杨维慎 研究员 Seminar Ⅱ 炭分子筛膜简介 复合炭分子筛膜简介 实例 小结 参考文献 应用领域：氢气回收；CO2 / N2 、CO2 / CH4 的分离； O2/N2分离； 烃类气体的分离；膜反应器。 热解 成膜方法：浸渍法、相转化法、蒸汽沉积聚合法、超声波沉积法等 预处理：氧化、延展、化学处理等 后处理：氧化、化学气相沉积、热解、涂修饰膜等 选择聚合物前躯体 制备聚合物膜 预处理 热解炭化 后处理 设计膜组件 高性能的碳分子筛膜组件 聚合物前躯体：聚酰亚胺、酚醛树脂、聚糠醇、聚丙烯氰等热硬性聚合物 Carbon membrane 无定形结构 孔径分布宽 孔道规整的晶体结构 孔径分布单一 Silicalite-1 分子筛分 毛细管冷凝 努森扩散 表面扩散 1.02 4×10-8 ZSM-5分子筛膜 3.3 3.46×10-7 氧化硅膜 30 5.6×10-11 碳膜 αO2/N2 氧气透量 (mol m-2 s-1 pa-1) 膜材料 传统膜材料性能比较 合成策略 沸石、金属离子、二氧化硅粒子 炭基膜 原料气流 分离原理 保持选择性提高透量 制备过程： 表面 局部放大 55μm 截面 TEM Q.Liu et al. Chem. Mater. 2006 ZSM-5颗粒超声分散于N,N-二甲基乙酰胺中 滴加到30 wt.% PAA溶液中 室温搅拌10 h后铸膜 313 K下干燥12 h 氩气保护程序升温热解 气体分离性能 热解温度的影响 单组分气体渗透结果 氧气和氮气分离结果 298K时，碳／分子筛复合膜的气体渗透及渗透选择性结果 ZSM-5 含量：PIZ0(0 wt.%)－PIZ1(4.76 wt.%)－PIZ2(9.09 wt.%)－PIZ3(16.7 wt.%) H. B. Park et al. Adv. Mater. 2005 热硬性聚合物 （TEOS＋PAA ＋DED