MOF/聚氨酯渗透汽化膜的制备及其脱硫性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhelehang
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渗透汽化膜脱硫技术具有脱硫效果好,投资成本低,辛烷值不受影响等优点,作为一种新的膜分离技术,具有良好的研究和开发前景。目前单一膜材料在渗透汽化脱硫方面存在局限,对膜进行改性成为提高膜分离性能的主要手段。MOF由于其结构可调,比表面积大,孔隙率高等优势,受到了广泛关注,且已作为改性添加剂应用到气体分离膜、水处理膜等领域。本论文选用正庚烷、环己烷、甲苯、噻吩四组分模拟石脑油为原料,聚氨酯(PU)为膜材料,ZIF-8和Cu-MOF-74为添加剂,从添加剂的制备、制膜和改性工艺的优化、耐溶胀性能及稳定性等方面开展研究。ZIF-8是最具有代表性的MOF之一。采用室温合成法制备不同粒径(60 nm,500 nm,1000 nm)ZIF-8悬浮液,并将悬浮液直接添加至PU铸膜液中制得ZIF-8/PU膜,采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等方法对粒子及膜的微观结构进行了表征,用渗透汽化评价装置评价膜的脱硫性能。结果表明:ZIF-8悬浮液与PU膜基质的相容性良好,当以聚丙烯腈(PAN)为底膜,ZIF-8粒径为60 nm,ZIF-8悬浮液含量为固含量的2%时,ZIF-8/PU膜的脱硫效果达到最佳。此时硫富集因子可达11.38,比纯PU(硫富集因子为7.27)提高了56.53%,膜渗透通量为0.71 kg·m-2·h-1,比纯PU(渗透通量为0.81 kg·m-2·h-1)降低了12.35%。经ZIF-8改性后的PU膜硫富集因子显著提高,然而,由于ZIF-8孔径小于噻吩分子动力学直径,导致改性后膜渗透通量下降。为了解决孔径限制导致的膜渗透通量损失,采用溶剂热法制备孔径较大的Cu-MOF-74对PU膜进行改性。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等方法对粒子及膜的微观结构进行了表征,用渗透汽化评价装置评价膜的脱硫性能。结果表明:克服孔径限制后,Cu-MOF-74/PU膜的渗透通量大幅度提高。当Cu-MOF-74含量为固含量的0.3%时,渗透通量为2.41 kg·m-2·h-1,比纯PU(渗透通量为0.81 kg·m-2·h-1)提高了197.53%,硫富集因子为6.54,比纯PU(硫富集因子为7.27)降低了10.04%。制备的两种杂化膜均具有良好的耐溶胀性能,在为期50 h的长期运行实验中,稳定性良好。MOF材料的加入不会破坏膜的稳定性,同时,添加剂的孔径筛分作用也为今后液体分离提供了一定的参考。
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