摘 要

随着温室气体对世界环境的影响越来越显著，CO2的减排问题变得越来越重要。本课题主要研究通过膜分离的方式对温室气体进行分离。而在研究膜分离性能的过程中发现，通过在高聚物基质膜中加入适量无机粒子，可以显著提高膜分离性能。凹凸棒石黏土是一种较为理想的无机添加剂。本实验主要研究凹凸棒石粘土与PEBAX高聚物膜复合制备新型复合膜。在不同溶剂、分散剂、浓度下制备出来的复合膜在气体分离性能上的效果差异。本文致力于研究凹凸复合膜的制备方法，即选定适宜配比，通过对不同溶剂，分散剂，温度，复合时间的探究，开发出具有高通量，高选择性的复合膜制备工艺。这一方法解决了传统有机高分子膜的低通量，低选择性的缺点，在温室气体的回收以及工业气体的净化有广泛应用前景。

关键词：凹凸棒石粘土；凹土改性；PEBAX聚合膜；无机-高分子复合膜

Dispersion and modification of attapulgite clay

Abstract

With the impact of greenhouse gases on the world's environment more and more significant, CO2 emission reduction issues become increasingly important. The main topic of research by membrane separation methods on greenhouse gas separation. In the process of membrane separation performance we found that by adding an appropriate amount of inorganic particles in a polymer matrix membrane, the membrane separation can significantly improve performance. Attapulgite clay, also known as palygorskite, it is an ideal inorganic additives. This experiment studies Attapulgite and PEBAX polymer membrane complex preparation of the novel composite membranes. Composite membrane prepared out in different solvents, dispersants, the effect of differences in the concentration of the gas separation properties. This article dedicated to the research of uneven preparation of composite membranes, ie the selection of appropriate ratio, by different solvents, dispersants, temperature, time to explore complex, developed a high-throughput, high-selective preparation of composite membranes. This approach solves the low throughput of traditional organic polymer film, low selectivity shortcomings in the recovery and purification of industrial gases greenhouse gases have wide application prospects.

目 录

摘 要 I

Abstract III

目 录 IV

第一章 文献综述 1

1.1 高分子聚合膜概述 1

1.1.1高分子聚合物膜 1

1.1.2聚醚共聚酰胺 1

1.1.3 PEBAX 1657 2

1.2 凹凸棒石概述 2

1.2.1凹凸棒石粘土简介 2

1.2.2凹凸棒石粘土的改性 3

1.2.3凹凸棒石粘土分散性 4

1.2.4 凹凸棒石粘土的应用 4

1. 3 混合基质膜概述 5

1.3.1混合基质膜 5

1.3. 2混合基质膜的分离机理 6

1.3. 3混合基质膜材料的选择及制备 7

第二章 实验部分 9

2.1 实验仪器与实验试剂： 9

2.1.1实验仪器 9

2.1.2实验试剂 9

2.2 实验装置与步骤 11

2.2.1实验装置 11

2.2.2凹凸棒石粘土分散液的制备与选用 12

2.2.3凹土- PEBAX 1657复合膜的制备 13

2.3 实验图、实验数据与实验表征 14

2.3.1凹凸棒石分散实验图 14

2.3.2复合膜气体渗透通量与选择性 14

2.3.3原料、试剂、膜的红外表征 15

2.3.4复合膜的电镜表征 15

2.3.5复合膜的XRD表征 18

第三章 结果与分析 19

3.1 凹凸棒石分散性表观结果与讨论 19

3.12 气体分离性能的测试结果讨论 19

3.3膜的表征结果与讨论 19

3.3.1傅里叶红外测试结果与讨论 19

3.3.2 膜的环境电镜扫描结果与讨论 19

3.3.3 XRD衍射测试结果与讨论 19

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 24

第一章 文献综述

1.1 高分子聚合膜概述

1.1.1高分子聚合物膜

随着温室气体问题越来越为社会所广泛关注，在最近的几年甚至几十年里，大量的学者、研究员、科研机构对此进行了一系列研究，并通过研究发现：由高分子聚合物制备而成成的膜材料对温室气体的分离有显著效果。很多文献中现己公布的高聚物材料包括甲壳素、纤维素衍生物、乙烯烃聚合物、聚烯烃、聚飒、聚酰胺、聚酰亚胺类、聚酯、含氟聚合物以及含硅聚合物等^[31]。下表1-1列举了部分现今研发的具有代表性的膜材料的CO₂渗透通量及渗透选择性^[1-5]。

此外，一些其它的橡胶态聚合物，如聚氨脂CPU ，苯乙烯一乙烯一丁烯一苯乙烯（SEBS） ，聚二甲基硅氧烷（CPDMS ）等，也是当前热点研究的高聚物膜材料。^[9]

1.1.2聚醚共聚酰胺

聚醚嵌段共聚酰胺（PEBAX）是一种具有线性结构的有机高分子共聚物。其结构是由刚性的聚酰胺链段和柔性的聚醚链段嵌段共同组成的^[10]。其中，聚醚共聚酰胺的良好的机械性能由刚性的聚酰胺链段提供；而柔性的聚醚链段则可提供高的气体渗透通量，一般来说其对气体的选择是偏向于优先透过酸性气体，如SO₂、 CO₂等^[31]。此外，由于PEBAX高聚物材料是有机高分子聚合物的特性，因而与无机膜相比它具有十分优异的成膜特性。PEBAX高聚物材料的化学结构式如下图1所示。

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