添加磁性纳米粒子制备气体分离功能炭膜

摘要

以聚酰胺酸为炭膜前驱体，分别以Fb3O4、γ-Fe2O3、Zn0.5Fe2O4以及二茂铁为掺杂物，经高温热解制备了4种Fe系物质掺杂的气体分离功能炭膜，对所制备的功能炭膜微结构及磁性能进行了表征。结果表明，各掺杂物在热解炭化过程中发生了物相结构的变化，其中Fe3O4和Zn0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子对前驱体起到了催化石墨化的作用。气体渗透测试结果表明，各掺杂物所制备的功能炭膜以分子筛分机理为主导进行气体分离，且气体渗透性能都有了显著的提高，特别是小分子气体H2渗透性最大提高了近48倍，Fe3O4掺杂所制备的功能炭膜,其H2、CO2、O2、N2和cH4等单组分气体的渗透系数分别达到了12194、3 433、1175、136和74 Barrers[1Barrer=1×10-10cm(SIP)·cm/cm2·s·cmHg]。经Fe3O4、γ-Fe2O3和Zn0.5Ni0.5Fe2O4掺杂制备的功能炭膜更足提高了H2/CO2的分离选择性。