PDMS/PS复合膜分离催化裂解干气中氢气的研究

摘要

催化裂解干气中含有大量的氢气、乙烯等资源，如不合理利用将会造成资源的浪费。本研究通过对膜分离材料的考察分析，选定了适合实验研究的膜材料及制备方法，通过正交设计得到一组具有高渗透速率和高选择透过性的复合膜的制备工艺配方，达到了从催化裂解干气中回收氢气的目的。
　　膜分离技术以其能耗低、操作简单、投资少和无污染等特点，在气体分离方面具有明显的优势，已成为备受关注的前沿课题，并已步入工业化应用阶段。
　　气体分离膜性能的优劣直接影响气体分离过程的分离效率。本研究选择聚砜(PS)作为复合膜基膜的材料，采用相转化法制备了聚砜平板膜，为弥补基膜致密层上的缺陷，以选择透气性能优异的硅橡胶(PDMS)作为涂层材料。采用浸渍涂敷法制备了PDMS/PS平板复合膜，用IR、SEM和TG等表征方法对聚砜基膜、涂层以及复合膜的结构和性能等进行了剖析。
　　其次，考察了PS浓度、添加剂浓度、制膜液温度、凝固浴组成、空气中停留时间、PDMS浓度、催化剂用量、交联剂用量、涂敷时间以及PDMS厚度等因素对复合膜气体分离性能的影响。通过分析得到了较适宜的制膜配方和制膜条件。

目录

声明

摘要

前言

第一章 文献综述

1．1 气体分离概述

1．1．1 膜分离技术的发展

1．1．2 气体膜分离技术的特点

1．2 气体膜分离过程的基本原理

1．2．1 气体膜分离过程的基本原理

1．2．2 溶解-扩散机理

1．3 气体膜分离材料

1．3．1 无机材料

1．3．2 高分子材料

1．3．3 有机无机杂化材料

1．3．4 膜材料的发展前景

1．4 膜分离的应用

1．4．1 膜法富氧

1．4．2 膜法富氮

1．4．3 天然气净化

1．4．4 氢气回收

1．5 本课题的选题意义和研究内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 研究内容

第二章 气体膜分离实验

2．1 实验装置及设备

2．2 实验步骤

2．3 描述气体分离性能的参数

2．3．1 渗透速率的计算

2．3．2 分离系数的计算

2．4 PDMS／PS复合膜的制备

2．4．1 实验原料及试剂

2．4．2 聚砜平板膜的制备

2．4．3 复合膜的制备

2．5 小结

第三章 复合膜制备过程中影响因素分析

3．1 聚砜基膜的制备工艺条件

3．1．1 聚砜浓度的影响

3．1．2 添加剂浓度的影响

3．1．3 制膜液温度的影响

3．1．4 凝固浴组成的影响

3．1．5 空气停留时间的影响

3．2 复合膜的制备工艺条件

3．2．1 PDMS浓度对复合膜分离性能的影响

3．2．2 催化剂用量对复合膜分离性能的影响

3．2．3 交联剂用量对复合膜分离性能的影响

3．2．4 硅橡胶涂层次数对复合膜分离性能的影响

3．2．5 硅橡胶涂层时间对复合膜分离性能的影响

3．3 本章小结

第四章 PDMS／PS复合膜的表征

4．1 复合膜的表征

4．1．1 红外光谱法测定官能团

4．1．2 SEM法测定膜的结构

4．1．3 TG法测定膜的热稳定性

4．2 本章小结

第五章 膜分离过程中的串联阻力模型

5．1 串联阻力模型

5．1．1 模型介绍

5．1．2 原料测边界层阻力

5．1．3 复合膜的阻力

5．1．4 总阻力

5．2 小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢