功能化离子液体-聚合物渗透汽化膜的制备及性能研究

摘要

渗透汽化是一种新型的膜分离技术，具有能耗低、分离系数高、环保等特点，具有在工业上广泛应用的巨大潜力。本文通过用物理包埋，互穿网络法制备聚合物/离子液体杂化膜，还制备了 Ag+-离子液体/聚合物渗透汽化膜，并考察了这些渗透汽化膜的分离性能。
　　首先，利用溶剂挥发法制备了P(VDF-HFP)包埋室温离子液体[bmim]BF4的P(VDF-HFP)/[bmim]BF4杂化膜，考察了杂化膜对乙酸乙酯/水体系的渗透汽化分离性能。测定了膜在乙酸乙酯、水中的溶胀吸附性能及其扩散系数。SEM结果表明：[bmim]BF4离子液体被包埋在聚合物基体中。膜的热重性能(TGA)分析表明膜有很好的热稳定性，在温度300℃之内表现出优良的热稳定性。P(VDF-HFP)膜基体中掺入[bmim]BF4离子液体，提高了膜的扩散系数，体现在渗透汽化分离过程中，对于4％乙酸乙酯/水溶液，膜的渗透通量从427g·m-2·h-1提高到了626g·m-2·h-1，分离因子也从73提高到了142。
　　其次，选用含乙烯基的功能性离子液体单体[amim]Br，在P(VDF-HFP)基体膜溶液中，利用过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂，在一定温度下引发活性自由基聚合，制备出(Poly[amim]Br)聚离子液体，进而得到一种具有互穿网络结构(IPN)的P(VDF-HFP)/Poly[amim]Br渗透汽化分离膜。用FTIR、SEM、TGA测定了IPN膜的特征官能团，微观结构和热稳定性。测定了乙酸乙酯、水在膜中的扩散系数。结果表明：在保证膜机械强度及完整性的前提下，Poly[amim]Br质量分数越高互穿网络膜的分离因子及渗透通量越高。
　　最后，选用AgNO3、AgClO4、AgBF4三种银盐，[bmim]BF4离子液体，制备了 Ag+-[bmim]BF4复合载体。选用热塑性聚氨酯(TPU)为聚合物基体，用物理共混法制备Ag+-[bmim]BF4/TPU促进传递渗透汽化膜。用SEM对促进传递膜的微观结构进行了表征，测试了不同载体种类及银盐含量的渗透汽化膜对苯/环己烷的分离性能。SEM结构表明：载体在TPU中分布均匀。渗透汽化分离性能显示：用AgBF4制备的Ag+-IL复合物对苯分子的促进传递效果最明显。载体的掺入量过高会破坏渗透汽化膜的机械强度及完整性，故载体的掺入量必须适当，以10wt%为最佳。

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第1章 绪论

1.1膜分离技术

1.2渗透汽化分离技术

1.3渗透汽化膜传质形式

1.4渗透汽化膜应用领域

1.5水中微量乙酸乙酯渗透汽化膜材料研究现状

1.6苯/环己烷渗透汽化膜材料研究现状

1.7聚合物-离子液体膜研究现状

1.8课题的目的及研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1主要实验试剂及仪器

2.2渗透汽化膜的表征

2.3渗透汽化膜的溶胀性测试

2.4渗透汽化膜的扩散系数的测定

2.5活化能的测定

2.6渗透汽化膜测试

2.7色谱分析标准曲线的绘制

第3章 P(VDF-HFP)/[bmim]BF4杂化膜的制备及乙酸乙酯/水体系渗透汽化性能研究

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第4章 P(VDF-HFP)/Poly[amim]Br互穿网络膜的制备及性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第5章 Ag+-离子液体/热塑性聚氨酯促进传递膜的制备及苯/环己烷渗透汽化分离性能研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3 结果与讨论

5.4本章小结

第6章 结论与建议

6.1全文结论

6.2建议

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢

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