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与其他的分离方法相比,膜分离技术具有操作简便、效率高、占地面积小、能耗低等特点。目前所采用的膜材料大都是聚合物,由于聚合物膜致密的内部结构,通常不能同时具有高的渗透性和高的选择性,也就是说,当渗透性高时,选择性低;当选择性高时,渗透性不高。多孔有机骨架材料是一种新型且性能优异的多孔材料,具有高的孔隙率、密度小、比表面积大、优异的吸附性能等优点,并被广泛应用在气体分离、吸附、储存等方面。在聚合物中加入具有较高的吸附分离性能但是不容易成膜的多孔有机骨架材料制备成混合基质膜,可以同时具有聚合物材料的易成膜性和多孔有机骨架材料的选择吸附分离的性能。本文主要研究了多孔有机骨架材料混合基质膜的制备,并将其应用于混合气体CO2/N2和CO2/CH4的分离。主要研究内容包括:1)多孔有机聚合物混合基质膜的制备及分离性能的研究。由三聚氰胺和对苯二甲醛通过缩聚反应合成多孔有机骨架材料(命名为MA);将对CO2有较高吸附性能的多孔有机骨架材料MA添加到聚砜(PSF)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质中,分别得到MA/PSF和MA/PDMS-混合基质膜,对CO2/N2、CO2/CH4两组混合气体进行分离测试研究。考察了不同的填充物含量、温度对混合基质膜气体分离性能的影响,实验研究结果表明:MA是由纳米球形颗粒团簇而成的网状结构,颗粒直径极小;MA的比表面积是595.8 m2/g,材料的热稳定性较好,能达到制备混合基质膜中对填充物热稳定性的要求;对合成的混合基质膜进行了CO2、N2、CH4单组分气体分离的测试,在MA/PSF(1.2wt.%)混合基质膜对单组份气体的测试中,CO2/CH4和CO2/N2的理想分离指数达到最大,分别是2.1和5.0,CO2渗透系数仅为35Barrer,在MA/PDMS(1.2wt.%)混合基质膜对单组份混合气体的测试中,CO2/CH4和CO2/N2的理想分离指数达到最大,分别是4.4和16.1,CO2渗透系数为5512 Barrer;在MA/PDMS(1.2 wt.%)混合基质膜对双组份混合气体的测试中,CO2/CH4和CO2/N2的分离指数分别是6.0和19.2,CO2的渗透系数达到8100 Barrer,均高于纯PDMS膜。MA/PDMS(1.2 wt.%)混合基质膜对CO2/N2混合气的分离性能突破了 Robeson上限。2)Coating-MA/PDMS混合基质膜的制备及分离性能的研究。通过在MA的表面Coating 一层PDMS得到处理后的Coating-MA材料,将其填充到PDMS中用同样的方法制备Coating-MA/PDMS混合基质膜,并研究该混合基质膜对几种常见气体(C02、N2和CH4)的分离性能研究。实验结果表明,Coating后的MA的内部孔结构并没有发生明显的变化,制备Coating-MA/PDMS混合基质膜比MA/PDMS混合基质膜需要的时间更短,且分离指数基本上没有下降。同时,在填充量太大时,混合基质膜的分离因数不会急速下降,这可能是因为表面Coating一层PDMS的MA材料可以与PDMS结合得更好,由于大量填充两相之间产生的缝隙及缺陷得到了填补。