自聚微孔聚合物纳滤膜制备实验设计与理论模拟

为了使学生更好地理解化工膜分离过程中膜材料设计及其对膜分离性能的影响,设计了自聚微孔聚合物复合膜制备及理论模拟综合实验。实验内容结合了膜制备、膜结构表征、膜性能测试和膜结构模拟等多项内容,覆盖了材料、化工和现代计算机技术的重要知识点。其中,通过计算机可视化模拟,能够使学生直观地从分子尺度认识膜结构对膜性能的影响,建立从微观认知到宏观分析的科学素养和实验技能。

自聚微孔聚合物气体分离膜材料研究进展

膜分离在现代化工、医疗、环境、能源等领域中都有非常重要的应用.聚合物膜材料是气体膜分离最核心的部分.自聚微孔聚合物是近年来出现的一种新型聚合物,由致孔基元以一定的桥接方式线性连接构成.由于不规则的致孔基元在聚集态时不能有效堆叠而使得聚合物内部含有大量固有微孔(孔径<2 nm).同时,该聚合物兼具优良的热稳定性,机械强度和溶解性等特点,结合了有机膜材料优良的加工性和无机分子筛膜材料的高透过率,高选择性等优点,在选择性筛分气体以及液体分子领域有非常广泛的应用前景.本文综述了自聚微孔聚合物膜材料的分类、合成以及其气体分离性能,并对该聚合物研究方向做了一定的展望.

基于自聚微孔聚合物的共混膜在气体分离应用的研究

随着工业发展的需求,膜分离技术在气体分离领域具有广阔的应用前景。在众多膜材料制备方法中,共混是膜材料制备中最简单省时的方法之一。自聚微孔聚合物(PIMs)是一类具有高自由体积和高比表面积的微孔材料,由于其良好的化学稳定和热稳定性等特点在气体分离膜材料的研究中受到广泛关注,其气体分离性能可以通过共混的方法改善。本文概述了基于自聚微孔聚合物(PIMs)制备的共混膜在气体分离应用中的最新研究进展,并对共混膜材料的发展进行展望。

自聚微孔聚合物低温碳捕集性能研究

膜法CO_(2)捕集是解决当今世界碳排放的一个重要方法,低温膜分离是近年来兴起的一种高效CO_(2)分离技术.本研究结合了自聚微孔聚合物高CO_(2)透过率和低温下聚合物膜材料高CO_(2)/N_(2)选择性的特点来同时获得高CO_(2)透过率以及CO_(2)/N_(2)选择性的聚合物膜材料.首次探讨了高比表面自聚微孔聚合物PTMSP以及PIM-1在低温下CO_(2)透过率以及CO_(2)/N_(2)的选择性之间的关系和内在影响因素.其中,PTMSP表现出CO_(2)的透过率和CO_(2)/N_(2)的选择性随温度降低而同时增加.在-30℃时,PTMSP的CO_(2)的透过率为25492 Barrer,CO_(2)/N_(2)的选择性为34,分离性能远超过最新的2019年上限.同时对其CO_(2)/N_(2)(体积比15/85)混合气的低温(-30℃)研究表明,混合气中CO_(2)的渗透率在20000 Barrer以上,CO_(2)/N_(2)选择性约为32,是到目前为止最优秀的碳捕集膜材料之一.以上研究显示了PIM材料在低温下具有良好的碳捕集应用潜力.

PIMs在氢气储存及分离领域的应用研究进展

简要介绍了自聚微孔聚合物(PIMs)的结构特点,综述了PIMs在氢气存储和分离方面的应用研究进展。分析了发展PIMs氢气分离膜材料所面临的挑战,并指出PIMs在氢气存储和分离领域的应用前景及发展趋势。

用于CO2/CH4分离的cPIM-1/ZIF-8混合基质膜的制备

自聚微孔聚合物(PIM-1)虽具有良好的CO2渗透性能,但其气体选择性普遍较差,限制其在CO2/CH4分离领域的应用。本文以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂制备ZIF-8纳米粒子,将其引入到羧基化的PIM-1基质中,制备了cPIM-1/ZIF-8混合基质膜,用于CO2/CH4分离。结果表明:由于合成ZIF-8的溶剂也是cPIM-1的良溶剂,使得两者之间具有良好的界面相容性,从而使ZIF-8添加量高达质量分数45%。随着ZIF-8添加量的增加,膜的CO2渗透速率持续增加,CO2/CH4选择性呈现先上升后下降的趋势。当ZIF-8添加量为质量分数25%时,膜的CO2/CH4分离性能最好,即CO2渗透系数为3942 Barrer,CO2/CH4选择性为18.7,较cPIM-1纯膜分别提高了84%和43%,成功地超越了Robeson分离上限。