聚砜/钌纳米簇杂化中空纤维膜的制备及性能研究

摘要

费-托合成反应是指将合成气在催化剂的作用下转化为液体燃料及其他化学品的过程。其中，铁基催化剂和钴基催化剂较普遍地应用于工业生产，而钌基催化剂是在费-托合成中具有最高的催化活性、最强的链增长能力，主要应用于反应的理论研究。由于活性金属纳米簇在使用过程中容易发生团聚和失活，因此寻找合适的催化剂载体以及负载方式至关重要。
　　本课题组一直从事聚合物材料的研究，并从2007年至今一直在对聚酰亚胺杂化材料的研究。本文在此基础上选用聚砜（PSF）为载体，并将钌纳米簇包埋其中，通过干-湿法纺丝，制备聚合物/钌纳米簇杂化中空纤维膜反应器，对其性能等进行表征、分析，并将其应用于费-托合成反应，一方面是期望通过将钌纳米簇包埋在载体中来提高催化剂的寿命，另一方面是期望通过改变合成聚合物的结构来调控H2和CO的透过率，以提高F-T合成产物的选择性。
　　通过对聚砜平板相分离膜的研究，选择了合适的固含量（25％）和合适的溶剂非溶剂体系（DMAc-水），考察了不同添加剂（EG和PVP）对膜结构和性能的影响。通过SEM、机械性能测试和透气性能测试，得出不同添加剂对膜结构的影响以及结构变化和机械性能、透气性能之间的规律。随着添加剂的增加，膜的机械强度都有所增强，透气性能随之下降，选择性升高。还研究非溶剂组成对膜性能的影响，通过机械性能考察发现，合适的调整非溶剂组成对膜结构和性能都会产生相应的影响。为了增强相分离膜的稳定性，对其进行适当的热处理，结果表明：当温度接近聚砜的玻璃化转变温度的时候，进行一定时间的热处理可以消除海绵状结构的小孔和微孔得到只有致密层和大孔组成的膜结构。这对于表面有缺陷的相分离膜是很有意义的，可以有效的提高相分离膜的机械和透气稳定性，提高膜对与H2和CO的选择性。
　　找到了制备合适尺寸高分子稳定Ru纳米簇的方法，并在此基础上，用制得的Ru纳米簇和PSF杂化，制得了杂化膜。通过TEM、XRD、XPS、SEM和机械性能测试，得出了Ru纳米簇在PSF膜中可以有效分散，且和PSF分子链中的O、S存在一定的相互作用。对杂化膜热处理后的结构观察可以发现，热处理对于膜结构的调控达到了预期。
　　在平板膜的基础上，采用干湿法制备了聚砜/Ru纳米簇杂化中空纤维膜。以聚砜为基础，寻找到了合适的制备聚砜和聚砜/Ru纳米簇杂化中空纤维膜的纺丝参数，并制得了一些列不同Ru负载量的中空纤维膜。费-托反应结果达到了调控反应产物分布的目的，对C5+产物有着良好的选择性，并且采用包埋的负载方式有效的防止了催化剂的流失的中毒，提高了催化剂的稳定性和寿命。

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第1章 绪 论

1.1 膜反应器概述

1.2 膜催化反应器

1.3 聚合物膜反应器研究现状

1.3 聚砜膜的研究进展

1.4 费-托合成反应简介

1.5课题的选择与研究内容

第2章 聚砜相分离膜的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 聚砜/钌纳米簇杂化膜的制备与表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 聚砜/Ru纳米簇杂化中空纤维膜的制备与表征

4.1引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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