基于ZIFs笼状结构对二氧化碳的可选择性高效捕获效应的PEO/ZIF杂化膜的设计与构筑

基本信息
批准号:21206121
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:丁晓莉
学科分类:
依托单位:天津工业大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵津礼,刘志光,孙健新,张立涛
关键词:
多效选择性膜法CO2分离笼状结构杂化膜沸石咪唑酯骨架材料
结项摘要

The capture of carbon dioxide is received considerable attention for environmental protection and energy shortage. Membranes separation technology with its inherent advantage, such as low energy consumption, has been a current research focus. The developments of membrane material and membrane with excellent performances are important keys. In this project, molecular simulation will be used in structure design and polymer synthesis. The novel star network poly (etheylene oxide) will be synthesized and used as organic matrix. The polyfunctional crosslinking agent will be used. The poly (etheylene oxide) with high CO2 permeability and high selectivity will be synthesized by free radical photopolymerization. The zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs)with highly- efficient capture performance of CO2 will be introduced in polymer synthesis reaction to fabricate the PEO/ZIF mixed matrix membranes. The membranes will have high permeabilities and selectivities. The membranes will exhibit antiplasticization for high solubility selectivity, high adsorption selectivity and crosslink network structure. The reaction condition will be studied to ensure the optimal reaction conditions. The effect of mixed matrix membrane composition on membrane structure and performance will be studied. Comprehensive discussions will be presented about the design and fabrication of membrane material and membrane, the effects of material structure on CO2 permeability, selectivity and plasticization behavior. A controlled construction system of "Molecular simulation and structure design-Material synthesis-Membrane fabrication" for membrane will be established. The system will provide an effective way to develop excellent membrane material and membrane. The project will has important theoretical significance and applicable value.

环境及能源问题的日益突出使CO2捕集受诸多关注,膜分离因能耗低等优点成为当前研究热点,开发具有优异性能的膜材料及膜是关键。本项目利用分子模拟技术辅助有机基质星形网状聚氧乙烯(PEO)的结构设计及合成。采用多官能度交联剂,通过自由基光聚合,合成具有高CO2渗透性和溶解选择性的PEO为有机基质,在反应过程中引入可选择性地高效捕获CO2的沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs),一步制备PEO/ZIF杂化膜,解决传统聚合物膜难以实现高渗透、高分离的难题;通过提高溶解及吸附选择性和构筑交联网状结构实现膜材料的有效抗塑化。考察反应条件对聚合物结构及性能的影响;考察杂化膜组成对膜结构和性能的影响。全面探讨膜材料及分离膜设计与制备、材料结构对渗透性、分离性和塑化行为的影响等问题,从而建立完善的"分子模拟与结构设计-膜材料合成-分离膜"的膜可控构筑体系,为膜材料及膜开发提供有效途径,具有重要的理论意义和应用价值。

项目摘要

在化工、能源和环境等相关领域中,从一些含有其他气体(例如:H2、CH4和N2等)的混合气中规模性分离CO2已经成为具有环保性和经济性的化工过程。膜法CO2分离由于其自身优势已成为当前的一个研究热点。研究开发具有良好CO2渗透性和良好CO2/light gases选择性的膜材料是提高膜分离技术竞争性的关键。. 首先以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)为单体,分别以季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、聚二季戊四醇五丙烯酸酯、聚二季戊四醇六丙烯酸酯及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为交联剂,通过自由基光聚合制备了多个系列的交联聚氧乙烯膜材料。考察了交联剂和交联剂含量对膜性能的影响,如膜的密度、玻璃化转变温度以及气体渗透和分离性能等。结果表明:与采用双官能团交联剂合成的聚合物相比,采用多官能团交联剂合成的多臂星形网状聚合物具有更高的气体渗透系数,多种聚合物的性能超越CO2/N2的罗宾逊上限。最高气体渗透渗透性能高达1300 Barrer(CO2,35℃,2 atm)。采用涂覆法制备的复合膜CO2渗透速率高达2060 GPU (CO2,35℃,2 atm)。利用合成的聚合物,制备了PEO/ZIF-8共混基质膜,结果表明:ZIF-8纳米粒子会填充到聚合物链段中,使链段间距变小,导致扩散系数下降;另一方面,纳米粒子的引入使得链段活动性降低,聚合物刚性变强,会导致溶解度系数的增大。为此,PEO/ZIF-8混合基质膜性能完全偏离了Maxwell模型,或出现正偏移,或出现负偏移。项目合成的多臂星形网状聚合物本身具有优异的气体渗透和分离性能,ZIF-8的引入并无益处,且制得的复合膜性能优异,在CO2分离领域非常有潜力。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于国产化替代环境下高校计算机教学的研究

基于国产化替代环境下高校计算机教学的研究

DOI:
发表时间:
2

基于铁路客流分配的旅客列车开行方案调整方法

基于铁路客流分配的旅客列车开行方案调整方法

DOI:
发表时间:2021
3

基于被动变阻尼装置高层结构风振控制效果对比分析

基于被动变阻尼装置高层结构风振控制效果对比分析

DOI:10.13197/j.eeev.2019.05.95.fuwq.009
发表时间:2019
4

猪链球菌生物被膜形成的耐药机制

猪链球菌生物被膜形成的耐药机制

DOI:10.13343/j.cnki.wsxb.20200479
发表时间:2021
5

基于综合治理和水文模型的广西县域石漠化小流域区划研究

基于综合治理和水文模型的广西县域石漠化小流域区划研究

DOI:10.14050/j.cnki.1672-9250.2017.02.014
发表时间:2017

相似国自然基金

1

基于ZIFs的复合杂化渗透汽化膜的构建、微观结构调控及其对挥发酚的渗透汽化研究

批准号:21808174
批准年份:2018
负责人:李雁博
学科分类:B0804
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
2

ZIFs杂化膜的合成与低浓度糠醛分离性能研究

批准号:21776198
批准年份:2017
负责人:石琪
学科分类:B0814
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

多环与笼状分子主体的构筑及功能化

批准号:21772178
批准年份:2017
负责人:薛敏
学科分类:B0110
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
4

笼状无机/有机杂化阴离子的导向功能化及其应用

批准号:21472166
批准年份:2014
负责人:Simon Lukas Duttwyler
学科分类:B0105
资助金额:85.00
项目类别:面上项目