芳烃/烷烃渗透汽化膜材料的分子设计及合成

发布时间：2025-08-12 20:59

　　渗透汽化是一种清洁高效的膜技术,在芳烃/烷烃分离方面具有很好的工业应用前景。高性能膜材料是芳烃/烷烃渗透汽化膜分离技术实现大规模工业化应用的前提和基础,也是膜科学与技术领域的研究热点之一。“孔填充”复合膜在芳烃/烷烃渗透汽化分离方面具有独特的优势,其分离性能主要是由功能层决定的。课题组前期研究发现,作为功能层的聚乙二醇甲基丙烯酸酯的端基结构不同,则“孔填充”复合膜的芳烃/烷烃渗透汽化性能存在明显差异。通过分子模拟,设计合成新型聚合物,是研发高性能聚合物膜材料的有效途径之一。本文设计了一系列不同端基结构的聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,作为芳烃/烷烃渗透汽化“孔填充”复合膜的功能层聚合物。采用Materials Studio软件模拟了甲苯、正庚烷在功能层均聚物中的溶解行为和扩散行为,据此优选并合成适宜端基结构的聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,通过自由基聚合得到其均聚物,并由溶剂蒸发法制备均质膜,通过溶胀吸附-脱附实验表征其芳烃/烷烃吸附选择性。首先,设计端基结构分别为羟基、甲醚基、氨基、羧基、苯基、马来酰亚胺基、α-吡咯烷酮基、甲基苯砜基、N-乙酰吗啉基的系列聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1渗透汽化过程示意图

在渗透汽化的分离过程中,混合原料液中优先透过膜的组分,在渗透侧转化为气相,从而实现混合液的分离[9]。组分透过膜的过程通常可以从热力学及动力学两个方面来进行阐述[10]:从热力学方面来说,渗透汽化过程主要涉及到膜材料结构本身对混合液组分的吸附溶解过程;而动力学方面则主要是涉及到混....

图1.2不同类型的渗透汽化模式[12]

第三类膜则是有机-有机混合物分离的渗透汽化膜,其对特定的有机物有更好的亲和性,因此通常适用于一些有机混合物中特定的某种有机物的分离,例如,石油工业中芳烃、烷烃混合物的分离,由于膜材料复杂的特性和化学亲和性以及分离体系的复杂程度,导致这类膜的应用繁杂众多,是最为复杂的一类渗透汽化膜....

图1.3聚酰亚胺的化学结构(PI)

聚酰亚胺(PIs)作为分离芳烃/烷烃混合物的优良材料已被广泛研究[27]。它们具有很高的耐化学性和耐热性,良好的机械强度和优异的成膜性能。如图1.3所示,PI通常包含一个苯环,该苯环可以通过π-π堆积相互作用与芳烃化合物相互作用[28]。此外,PI的极性酰亚胺官能团和芳环的π电子....

图1.4 PEA的化学结构[32]

聚(醚酰胺)(PEA)是用于分离芳烃/烷烃混合物的另一种膜材料[32]。但是,由于PEA本身缺少π电子受体,通常可以通过引入官能团来改变膜的吸附和扩散特性来对其进行修饰。Maji等[33,34]通过5-叔丁基间苯二甲酸(TIPA)与四种不同的半氟化芳族双(醚)的聚合反应制备了四种....

本文编号：4059126