摘要：高分子气体分离膜具有价格低和易加工等优点,但存在气体分离性能难以满足工业要求,以及耐老化性能和结构稳定性差等问题。炭分子筛膜不仅具有高力学性能,高耐热、耐化学腐蚀性能,而且存在适合气体传递的路径、对气体分子亲和性好的杂原子结构,以及分子辨识能力强的孔尺寸,表现出优异的气体分离性能,因而受到广泛的关注,被认为是最具应用前景的气体分离膜。6FDA型聚酰亚胺不仅具有较大的刚性和受限制的构象,且自由体积较大、分子结构可调、成孔性好和残炭量高,制备的炭分子筛膜的气体分离性能优于其他前体,受到学术界和工业部门的青睐。本文主要介绍了炭分子筛膜前体的结构设计原理,在热解过程中的炭化机理和微观结构的控制,炭结构对气体分离性能的影响,气体在膜中的传递机理,以及由6FDA型聚酰亚胺制备的炭分子筛膜在气体分离中的应用。结合科研实际,提出了6FDA型聚酰亚胺炭分子筛膜结构设计和制备的想法,为未来炭分子筛膜在气体分离中应用提供新的思路。

摘要：为了实现混合基质膜中CO_(2)的高效分离,设计了羧基化多壁碳纳米管(CNT)和氨基化β-环糊精金属有机骨架(β-CD MOF)双填料(CM),并将其引入磺化聚醚醚酮(SPEEK)基质中,在膜内同时构建CO_(2)扩散通道和亲和位点,增强了混合基质膜的分离性能。采用FTIR和BET表征了CM的化学结构和孔结构,借助膜的SEM、FTIR和力学性能表征了填料-聚合物界面相互作用。研究了CM的合成比例、含量、压力、温度和混合气等因素对混合基质膜分离性能的影响。结果表明:CM与SPEEK之间具有良好的相容性并为气体分子提供了快速的传递通道。在改性CNT与MOF的质量比为5∶5、添加量为7%(质量)以及0.1 MPa和25℃的条件下,混合基质膜的分离性能最优,CO_(2)渗透性为844 Barrer,CO_(2)/N_(2)选择性为84,与纯SPEEK膜相比,分别提升了178%和163%,超过2019年上限。羧基化CNT的直孔通道缩短了CO_(2)的扩散路径,同时改性β-CD MOF表面的氨基载体提升了CO_(2)的溶解性,两者协同提高了混合基质膜的分离性能。此外,负载双填料的膜比单独负载相同含量的羧基化CNT或氨基化MOF的膜具有更好的分离性能。在360 h的测试过程中,混合基质膜保持较好的分离稳定性。

摘要：为了获得高性能的混合基质膜,有效捕集烟道气中的CO_(2),设计了对CO_(2)有优异的扩散选择性和吸附选择性的氮硫共掺杂多孔碳球添加剂,实现了烟道气中CO_(2)/N2的高效分离。选用表面含氧基团丰富的葡萄糖作为碳源,硫脲作为氮源和硫源,通过水热法制备了氮硫共掺杂碳球(NSC),并用KOH活化,获得了具有多孔结构的氮硫共掺杂碳球(NSPC),再加入聚醚嵌段酰胺(PEBA)中制备出PEBA/NSPC混合基质膜。采用FTIR、XRD和BET表征了材料的化学结构和孔结构,借助力学性能表征了膜的两相界面相容性。系统研究了PEBA/NSPC混合基质膜中葡萄糖与硫脲的质量比、NSC和KOH的质量比、NSPC的添加量、操作压力、操作温度,以及模拟烟道气条件对膜CO_(2)渗透性、CO_(2)/N_(2)选择性的影响。结果表明:NSPC材料成功实现了氮、硫元素的共掺杂,而且具有较好的孔结构。在操作温度25℃、操作压力0.2 MPa的条件下,混合基质膜中NSPC添加量为3%(质量)时气体分离性能最优,CO_(2)渗透系数和CO_(2)/N2选择性分别为589 Barrer和64,相比纯PEBA膜分别提高了244%和139%。这是因为多孔碳球的微孔结构显著提高了CO_(2)的扩散选择性,同时氮、硫元素的掺杂因为酸碱相互作用和良好亲和性有效提高了CO_(2)的吸附选择性。稳定性实验表明,PEBA/NSPC混合基质膜在360 h连续运行过程中气体分离性能稳定,具有较好的工业应用前景。

摘要：为了解决天然橡胶加工中存在的干燥时间长、能耗高、环境污染和设备占地较大等问题,设计了一种热空气-微波耦合天然橡胶干燥机,以实现两种干燥方式优势互补,提升天然橡胶加工干燥技术水平。以胶乳级颗粒胶为研究对象,采用该设备研究了微波干燥和热空气-微波耦合干燥特性,及耦合干燥动力学。研究发现:当天然橡胶初始含水率高时,采用微波干燥容易使橡胶受热不均匀,从而发生内部局部过热,使胶粒发粘变坏,影响天然橡胶的性能;而采用热空气-微波耦合干燥,橡胶的干燥时间由单独用热空气干燥的415.8 min降至耦合干燥的107 min,且干燥过程传热比较均匀,得到的橡胶品质较好。根据天然橡胶的水分变化规律,建立了天然橡胶热空气-微波干燥动力学模型,其动力学模型为:MR=(1-a)exp(-0.0485t^(0.685))+(1-b)exp(-4.76×10^(-76)t^(35.905))。