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1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文氣體分離碳膜的制備及性能研究姓名：褚俊翔申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：劉炳泗20070101中文摘要碳膜分離技術(shù)作為分離過程的一種重要方法，在氣體分離上的研究取得了突破性進(jìn)展。分子篩碳膜的氣體分離能力遠(yuǎn)大于聚合物膜，在耐高溫、耐有機(jī)溶劑及蒸汽、‘耐酸堿等性能上均優(yōu)于聚合物膜，因此與之相關(guān)的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以聚酰亞胺為原料，在600℃下利用高溫裂解方法制備碳膜。通過對一系列小分子氣體(如：1-12，CI-h，C02，N2)的滲透率測試，并計(jì)算碳膜對各氣體的理想分離系
2、數(shù)。同時(shí)考察了碳膜制備過程中的各種影響因素。例如，碳化升溫速率、高分子膜制備方法對碳膜分離性能的影響等。本文所用的碳膜制備方法主要為以下兩種：第一，以鋁溶膠修飾過的多孔陶瓷管為支撐體，以聚酰亞胺的吡咯烷酮溶膠為前驅(qū)體，通過直接碳化的方法制備碳膜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該制備方法制得的碳膜在分離過程中，氣體的傳質(zhì)主要以努森擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行。第二，通過高溫碳化高聚物和鎳催化CI-h裂解相結(jié)合的方法，制備氣體分離碳膜。通過碳膜的性能測試結(jié)果表明，H2／N2與H2／CH4的理想分離系數(shù)分別為24和48，大于努森擴(kuò)散下的理論分離系
3、數(shù)，因此說明該制備方法制得的碳膜在分離過程中是按分子篩分的機(jī)理進(jìn)行氣體分離。與此同時(shí)，通過加鎳催化裂解的碳膜制備法只需經(jīng)過一次碳化就可以獲得分離性能良好的碳膜，因此可以縮短制膜時(shí)間，既而大幅降低制膜成本。此外，本文對實(shí)驗(yàn)所用的前驅(qū)體和制得的碳膜進(jìn)行了一系列表征。其中包括：傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)，原子力顯微鏡(AFM)，X．射線衍射(XIm)，透射電鏡(TEM)。關(guān)鍵詞：碳膜：分離；鎳催化裂解；一次碳化ABSTRACTThetechnologyoncarbonmembmnesforgasessepa
4、ration，鵲oneofimportantinethodsonseparationprocess，hadagreatadvanceongasseparation．Carbonmolecularsievemembranespresentedasuperiorperformanceingasseparationcomparedtothepolymermembranes，andhadhighstabilityinthepresenceoforganiccompoundaswellasatatmosphereof
5、acidsorbases．Therefore。theresearchonthepreparationofcarbonmembraneswasextensivelycarriedoutinmanycountriesandregions，anditdisplayedabroadprospectintheapplicationinthefuture．Carbonmembraneswerepreparedbyaprocedureofcarbonizingpolymerathiglltemperatureandthe
6、performancewereinvestigatedbyseparatingsmallmoleculegases，suchasH2，C02，N2，andCI-h．Meanwhile，anidealseparationfactorswerecalculatedontheratioofpermeancesbetweentwopuregases．Theconditionsonthefabricationofcarbonmembrane，forexample，fabricationofpolymermembran
7、e，heatingrates，wereoptimized．Thereweretwomethodsonpreparationofcarbonmembranes．Atthefirst，thea-A1203tubemodifiedbymeansofsol—geltechniqueWasused硒thesupports，andcarbonmembranewaspreparedthroughpyrolyzingpolyimide．Fromthedataofpermeancesofcarbonmembranes，aKn
8、udsenmechanismwasdeducedintheprocessofseparation．Secondly,carbonmembraneswerepreparedbymeansofthecombinationofthecarbonizingpolymerathi曲temperaturewithcatalyticdecompositionofmethaneusingtheNi／polyimideaSatem
