为了实现混合基质膜中CO2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CO2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,CO2渗透性为844 Barrer,CO2/N2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CO2的扩散路径,同时改性β-CD MOF表面的氨基载体提升了CO2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.

混合基质膜;磺化聚醚醚酮;β-环糊精金属有机骨架;碳纳米管;CO2/N2分离

裴仁花;王永洪;张新儒;李晋平

太原理工大学化学工程与技术学院,山西太原030024;气体能源高效清洁利用山西省重点实验室,山西太原030024

化工学报

[1]裴仁花;王永洪;张新儒;李晋平-.碳纳米管/环糊精金属有机骨架协同强化混合基质膜的CO2分离)[J].化工学报,2022(09):3904-3914

环糊精,精金,金属有机骨架,协同强化,混合基质膜,高效分离,羧基化多壁碳纳米管,CNT,氨基化,CD,MOF,填料,CM,磺化聚醚醚酮,SPEEK,扩散通道,和亲,分离性能,FTIR,BET,化学结构,孔结构,性能表征,物界,界面相互作用,混合气,膜分离,相容性,气体分子,渗透性,Barrer,N2,直孔,扩散路径,溶解性,试过

0.247229