多孔骨架增强型甲烷/氮气分离用混合基质膜的制备及性能
梁运涛1
王永敬1
冯文彬1
徐靖凯2
肖伟3
1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室,沈抚示范区 1131222.辽宁石油化工大学石油化工学院,辽宁抚顺 1130013.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室,沈抚示范区 113122;辽宁石油化工大学石油化工学院,辽宁抚顺 113001
摘要：煤层气作为一种富含甲烷(CH4)的非常规能源,其低浓度富集对于提升能源利用效率和减少温室气体排放具有重要意义.研究聚焦于通过膜分离技术实现CH4/N2的有效分离,设计一种具有增强骨架结构的新型膜材料.首先,采用静电纺丝法成功制备了聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜,并将其与嵌段聚合物SBS及金属有机框架材料Ni-MOF-74复合,形成具有增强结构的混合基质膜,并对所制备的膜进行了详细的形貌、结构及理化性能表征,包括X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积分析、拉伸强度和气体渗透测试.结果表明:PVDF多孔骨架与膜层材料间的结合性良好,形成了相互钳制的复合结构,显著提高了膜的机械稳定性.在最佳条件下,Ni-MOF-74与SBS聚合物质量比为0.2％的PM20膜具有显著改善的机械性能,拉伸强度达到29.5 MPa,较纯SBS树脂膜提高约50％.另外,PM20膜的单组分气体渗透性能优异,其CH4渗透率达到97× 10-4m2/s,CH4/N2理想选择性为4.03.对于CH4-N2二组分混合气体,该膜也表现出较高的CH4渗透性和选择性.因此,本研究的新型膜材料具备优异的机械性能和气体渗透性能,在甲烷富集领域有一定应用潜力.
关键词：混合基质膜甲烷/氮气分离MOF填料多孔骨架性能兼容
分类号：TP028.8(自动化技术、计算机技术)
资助基金：国家自然科学基金(52174229)国家自然科学基金(52174230)辽宁省自然科学基金资助项目(2022-KF-13-05)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 340-348 )
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