联苯聚醚砜基碳纳米管混合基质膜的制备及气体分离性能的研究

论文摘要

本论文以气体分离膜应用为背景,制备了联苯聚醚砜(PPSU)基碳纳米管混合基质膜。首先采用混酸氧化法对单壁碳纳米管(SWNT)进行修饰,使碳纳米管上产生大量极性基团,以增强其与聚合物基体间的相互作用,考察了修饰过程对孔结构的影响；为了增加SWNT与PPSU的相容性以及复合膜的耐溶剂性,对联苯聚醚砜的分子结构进行设计,合成了磺化二氯二苯砜和烯丙基联苯二酚两种单体,采用亲核取代反应合成了一系列侧链含磺酸基及丙烯基的联苯聚醚砜无规共聚物,系统地研究了共聚物的基本性能,包括热行为、力学性能,考察了磺酸基含量对聚合物性能的影响及含丙烯基聚合物光交联行为。以所合成聚合物为基体,采用溶液成膜法制备了PPSU/SWNT混合基质膜。利用SEM研究了碳纳米管在混合基质膜中的分散状态,并研究了混合基质膜的热性能及机械性能。研究发现由于修饰过的碳纳米管与磺化树脂基体间的相互作用增强,碳纳米管在混合基质膜中的分散状态得到了明显改善,同时混合基质膜的力学性能也得到了提高。对混合基质膜的O2、N2、He、CO2等气体分离性能进行研究,结果表明随着碳纳米管添加量的增加,混合基质膜的气体透过系数明显提高,同时对O2/N2混合气体保持了较好的分离效果。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 聚芳醚砜类材料简介
• 1.1.1 聚芳醚砜简介
• 1.1.2 磺化聚芳醚砜简介
• 1.1.3 可交联聚芳醚砜简介
• 1.2 气体分离膜的简介
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 无机气体分离膜
• 1.2.3 有机气体分离膜
• 1.2.4 混合基质膜
• 1.3 混合基质膜的研究进展
• 1.4 本论文设计思想
• 第二章 实验部分
• 2.1 原料与试剂
• 2.2 样品的表征手段和测试条件
• 2.2.1 结构表征
• 2.2.2 热性能表征
• 2.2.3 形貌表征
• 2.2.4 交联行为表征
• 2.2.5 气体吸附及分离性能表征
• 第三章 碳纳米管的修饰及含侧基联苯聚醚砜的合成
• 3.1 碳纳米管的修饰及表征
• 3.1.1 碳纳米管的修饰
• 3.1.2 碳纳米管的表征
• 3.1.3 碳纳米管比表面积和孔结构测定
• 3.2 单体的合成与表征
• 3.2.1 磺化4,4’-二氯二苯砜（SDCDS）的合成与表征
• 3.2.2 3,3’-二烯丙基联苯二酚（DABP）的合成与表征
• 3.3 含侧基联苯聚醚砜的合成与表征
• 3.3.1 磺化联苯聚醚砜（S-PPSU）的合成与表征
• 3.3.2 含丙烯基磺化联苯聚醚砜（P-S-PPSU）的合成与表征
• 3.4 含侧基联苯聚醚砜的基本性能
• 3.4.1 聚合物的分子量及溶解性
• 3.4.2 聚合物的热性能研究
• 3.5 含丙烯基磺化联苯聚醚砜（P-S-PPSU）的光交联行为研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 混合基质膜的制备及性能研究
• 4.1 混合基质膜的制备与表征
• 4.1.1 混合基质膜的形貌研究
• 4.1.2 混合基质膜的相容性及热性能研究
• 4.1.3 混合基质膜的机械性能研究
• 4.1.4 混合基质膜的动态力学研究
• 4.2 MMM膜的气体分离性能研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 中文摘要
• ABSTRACT