一、碳分子筛膜气体分离机理模拟的研究进展（论文文献综述）
康雪婷[1]（2021）在《面向氧氮分离的聚醚嵌段聚酰胺磁性膜制备及性能研究》文中提出氧气（O2）和氮气（N2）已广泛应用于医疗、化工、食品保鲜等行业,如何经济、高效地分离空气以制取O2和N2,一直是化工分离领域重要的研究课题。与传统的低温蒸馏、变压吸附法等能源密集型技术相比,膜分离技术具有能耗低、效率高、环境友好等特点,在氧氮分离领域显示了突出优势。磁性膜是通过在聚合物膜中添加纳米磁性粒子构建而成,借助氧氮分子在膜内受到的附加反向磁性力作用,可同时提高O2渗透率和O2/N2选择性,是解决传统聚合物膜渗透率和选择性权衡问题的有效途径。然而磁性粒子与聚合物基体间较差的相容性导致高磁性粒子添加量下磁性膜力学性能严重劣化,从而使分离性能与力学性能之间产生博弈关系;并且聚合物基体对粒子磁性具有屏蔽作用,导致磁性膜的O2/N2分离性能提高程度有限。鉴于此,本文从改善界面相容性和优化膜结构的角度出发,以聚醚嵌段聚酰胺（PEBA）为聚合物基体,以Fe3O4为磁性粒子,通过表面活性剂改性、离子液体（IL）共混和磁场诱导,制备了三种聚醚嵌段聚酰胺磁性膜,研究表面活性剂种类、IL添加量、膜结构和外加磁场对磁性膜界面结构、力学性能和O2/N2分离性能的影响。具体内容和主要结论如下:（1）分别使用十二烷基硫酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、曲拉通X-100（Triton X-100）对Fe3O4粒子进行表面改性,将改性Fe3O4添加到PEBA基体中制备表面活性剂改性PEBA/Fe3O4磁性膜,研究不同表面活性剂改性Fe3O4与PEBA之间的界面相容性以及改性Fe3O4添加量对磁性膜的理化结构和O2/N2分离性能的影响。结果表明:Triton X-100改性明显改善了Fe3O4与PEBA之间的界面相容性,增强了磁性膜的力学性能。与SDS或CTAB改性磁性膜相比,Triton X-100改性磁性膜（PEBA/Fe3O4@TX100）具有较好的O2/N2分离性能,当外加磁场强度为60 mT时,Fe3O4添加量为10 wt%的PEBA/Fe3O4@TX100（10）磁性膜的O2渗透系数为35.36 Barrer,O2/N2选择性为4.3。同时,在高Fe3O4添加量下,PEBA/Fe3O4@TX100磁性膜具有较好的力学性能和分离性能,当外加磁场强度为60 mT,改性Fe3O4添加量为15 wt%时,PEBA/Fe3O4@TX100（15）磁性膜的O2渗透系数为45.44 Barrer,O2/N2选择性为5.44,与纯PEBA膜相比分别提高了116.69%和89.55%。（2）选择1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐为添加剂,将其与Fe3O4一起共混加入到PEBA中制备PEBA/Fe3O4/IL磁性膜。研究IL添加量对PEBA/Fe3O4/IL磁性膜理化性质和O2/N2分离性能的影响。结果表明:IL改善了Fe3O4与PEBA之间的界面相容性,增强了PEBA/Fe3O4/IL磁性膜的磁感应强度。随着IL添加量的增加,PEBA/Fe3O4/IL磁性膜的饱和磁化强度先增加后降低,当Fe3O4添加量为10 wt%,IL添加量为5 wt%时,所制备的PEBA/Fe3O4（10）/IL（5）磁性膜的饱和磁化强度与PEBA/Fe3O4（10）磁性膜相比提高了12%。同时,随着IL添加量的增加,PEBA/Fe3O4/IL磁性膜的O2渗透系数先增加后趋于平缓,O2/N2选择性先增加后降低。当外加磁场强度为60 mT,IL添加量为5wt%时,PEBA/Fe3O4（10）/IL（5）磁性膜获得最优异的O2/N2分离性能,其中O2渗透系数为47.82Barrer,O2/N2选择性为4.67,与PEBA/Fe3O4（10）磁性膜相比分别提高了52.10%和23.54%。（3）在溶剂挥发成膜过程中借助磁场诱导作用促使Fe3O4粒子向膜表面迁移并富集,构建具有非均质结构的PEBA/Fe3O4磁性膜（Ani-PEBA/Fe3O4）。研究非均质结构和Fe3O4添加量对Ani-PEBA/Fe3O4磁性膜的理化结构和O2/N2分离性能的影响。结果表明:借助磁场诱导作用成功制备了非均质结构磁性膜,Fe3O4粒子在聚合物膜表面富集,减弱了PEBA对Fe3O4粒子的磁性屏蔽,增加了非均质磁性膜的磁感应强度,当Fe3O4添加量为10 wt%时,Ani-PEBA/Fe3O4（10）磁性膜的饱和磁化强度与PEBA/Fe3O4（10）磁性膜相比提高了53%。同时,非均质结构提高了磁性膜的O2/N2分离性能,当外加磁场强度为60 mT时,Ani-PEBA/Fe3O4（10）磁性膜的O2渗透系数为36.84 Barrer,O2/N2选择性为4.55,与PEBA/Fe3O4（10）磁性膜相比分别提升了17.18%和20.37%,与纯PEBA膜相比分别提高了75.68%和58.54%。
杨锐[2]（2021）在《Kapton中空纤维和碳分子筛气体分离膜的制备方法研究》文中指出聚酰亚胺（Polyimide,PI）是一种性能优异的工程塑料,具有耐高温、化学稳定性好和力学性能优异的特点。聚酰亚胺按照溶解性可分为可溶型、不溶型两类。不溶型聚酰亚胺因其良好的抗塑化性能更适于分离高溶解性气体,如二氧化碳、烷烃、烯烃等。由于PMDA-ODA聚酰亚胺（商品名Kapton）具有高气体分离性能、高的玻璃化转变温度以及原料便宜、易于规模化合成的优点,本课题以其为制膜材料。通过PMDA-ODA的可溶性前驱体聚酰胺酸（PAA）制备中空纤维膜（HFM）,后经热亚胺化获得聚酰亚胺膜,并进一步制备碳分子筛膜,课题主要完成了如下工作:1.碳分子筛膜（CMSM）具有优异的耐塑化能力,高气体渗透性和选择性。本课题通过PMDA-ODAPAA制备了形貌规整的中空纤维膜。后采用聚乙烯亚胺（PEI）交联抑制中空纤维膜在碳化过程中的收缩和孔塌陷,并通过浸涂（dip-coating）的方法修补膜表面的缺陷,成功制备了具有良好气体分离性能的碳分子筛中空纤维复合膜。经5wt%PAA一次涂敷后,碳分子筛中空纤维复合膜的CO2、O2、N2和CH4通量分别为93.4GPU、19.6GPU、6.5GPU 和 4.7GPU,CO2/CH4、CO2/N2 和 O2/N2 分别为 19.8、14.4 和 3.0。2.由于聚酰胺酸易与水形成氢键,削弱了水的非溶剂性,使聚酰胺酸在水中的相变速度慢。本课题通过往铸膜液里添加氯化锂,显着提高了聚酰胺酸的相变速度,实现了中空纤维的快速制备。通过研究氯化锂含量对铸膜液粘度、移动前沿、平板膜孔隙率和力学性能的影响,确定最佳氯化锂含量为3wt%。在此条件下,制备了无缺陷中空纤维膜。选择四氢呋喃（THF）作为低沸点非溶剂,以非溶剂强度较高的异丙醇（IPA）为铸膜液中的另一种添加剂,在20m/min收丝速度和5cm空气间隙条件下,制备出了表面无缺陷的中空纤维膜。其H2、CO2、O2和N2通量分别为6.75GPU、2.17GPU、0.4GPU和0.07GPU,H2/CO2、CO2/N2 和 O2/N2 的选择性分别为3.11、31和5.71。
韩小崔[3]（2021）在《含苯基联嘧啶和二螺芴蒽结构的自具微孔聚合物的制备及其性能研究》文中研究说明目前,气体分离膜在N2和O2富集、H2回收和天然气除酸等领域具有广泛应用。但传统膜材料存在渗透性和选择性相互制约的现象,即trade-off效应。为了提高气体分离膜的渗透性,打破trade-off效应,研究者们开发了许多新型的膜材料。自具微孔聚合物（Polymers of Intrinsic Microporosity,PIMs）作为一种兼具高气体渗透性和适中选择性的膜材料,受到了研究者的广泛关注。基于分子结构调控,研究膜结构的微相形态和气体分离性能的关系是气体分离膜领域的研究前沿和热点,建立系统的官能团组合规律的理论和相应的实验验证是今后膜发展的重要科学研究课题。从分子结构设计出发,本论文设计合成了四种新型的高刚性四羟基单体,并将这些单体引入自具微孔聚合物,开展了针对PIM-1的精准结构优化和理论研究。首先,从聚合物结构与性能关系出发,我们设计合成了一种新型的“X”形稍扭曲的刚性含氮的四苯基四羟基联嘧啶单体,利用该单体、四氟对苯二腈（TFTPN）和5,5’,6,6’-四羟基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺双茚满（TTSBI）制备了一系列自具微孔聚合物（PIM-bpy-x）,研究了四苯基联嘧啶结构的含量对气体分离性能的影响。结果表明四苯基联嘧啶结构的引入改善了自具微孔聚合物的抗物理老化能力,四苯基联嘧啶结构的含量越高,PIM-bpy-x的抗物理老化能力越强。随着四苯基联嘧啶结构含量的增加,PIM-bpy-x的Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积下降,但仍然大于650m2 g-1。PIM-bpy-x的气体渗透性变化趋势与比表面积变化趋势一致。随着四苯基联嘧啶结构含量的增加,PIM-bpy-x的CO2渗透性下降,但CO2/CH4和CO2/N2的选择性升高。PIM-bpy-5的CO2渗透系数最高,为5141 barrer,高于PIM-1的4234 barrer。虽然四苯基联嘧啶的引入改善了聚合物的气体分离性能和抗物理老化性能,但和PIM-1相比,PIM-bpy-x的气体渗透系数提升有限。其原因是四苯基联嘧啶结构上的化学键为单键,可以自由旋转,降低了聚合物链的刚性。将全芳环的刚性结构引入聚合物中,可以提高聚合物的气体渗透性。从分子结构设计出发,我们设计合成了由两个相互垂直平面结构构建的超高刚性的四羟基二螺芴蒽单体,利用该单体制备了一系列自具微孔聚合物（PIM-EN-x）,探究了分子构象独特的二螺芴蒽结构的引入对自具微孔聚合物的气体分离性能的影响。结果表明二螺芴蒽结构的引入使聚合物链的堆积更加疏松,PIM-EN-x展现出比PIM-1更大的链间距。PIM-EN-x具有很大的比表面积,为804-895 m2 g-1,大于PIM-1的比表面积(774 m2 g-1)。二螺芴蒽结构的引入提高了聚合物的微孔含量,因此,PIM-EN-x的气体渗透系数远高于PIM-1,且气体选择性和PIM-1保持一致。随着二螺芴蒽结构含量的增加,PIM-EN-x的气体渗透系数增加,PIM-EN-40的CO2渗透系数和O2渗透系数高达11512 barrer和2226barrer,分别是PIM-1的2.72倍和2.77倍。物理老化193天后,PIM-EN-30和PIM-EN-40的CO2渗透系数仍然高于6500 barrer,高于未物理老化的PIM-1（4234 barrer）。PIM-EN-x膜的O2/N2、CO2/N2和CO2/CH4分离性能非常优异,在N2和O2富集、CO2捕获和天然气分离纯化领域具有很大的应用潜力。通常,在构筑单元中引入甲基,有利于进一步提升构筑单元的刚性,提高聚合物的自由体积。基于二螺芴蒽的自具微孔聚合物展现了超高的气体渗透性,如能将二螺芴蒽结构甲基化,将有利于进一步提高聚合物的气体渗透性。从分子结构设计出发,我们设计合成了四甲基四羟基二螺芴蒽单体,通过四甲基四羟基二螺芴蒽、TFTPN和TTSBI间的共聚反应,制备了一系列自具微孔聚合物（PIM-TMEN-x）,研究了四甲基二螺芴蒽结构的含量与自具微孔聚合物气体分离性能的关系。与四羟基二螺芴蒽单体相比,四甲基四羟基二螺芴蒽单体的构象更加舒展,四甲基二螺芴蒽结构的引入可以更有效地降低聚合物链的堆积密度,增大聚合物的链间距。与PIM-EN-x相比,PIM-TMEN-x具有更大的BET比表面积,为836-906 m2 g-1;同时,PIM-TMEN-x也具有更高的气体渗透性。PIM-TMEN-40的CO2渗透系数高达12264 barrer,高于PIM-EN-40的11512 barrer,且PIM-TMEN-40也展现了较高的气体选择性。PIM-TMEN-x的CO2/N2、O2/N2和CO2/CH4分离性能远远超越了2008年上限,CO2/N2和CO2/CH4分离性能接近2019年上限,O2/N2的分离性能也接近2015年上限。接下来的工作进一步提高了二螺芴蒽结构上甲基的含量。我们设计合成了八甲基四羟基二螺芴蒽单体,并通过亲核缩聚反应,将八甲基二螺芴蒽结构引入聚合物中,得到了一系列基于八甲基二螺芴蒽的自具微孔聚合物（PIM-OMEN-x）,探究了八甲基二螺芴蒽结构的含量对自具微孔聚合物气体分离性能的影响。结果表明八甲基二螺芴蒽结构的引入阻碍了聚合物链的密堆积,与PIM-TMEN-x相比,PIM-OMEN-x的链间距和比表面积更大,PIM-OMEN-x的比表面积为843-913 m2 g-1。PIM-OMEN-x具有很高的气体渗透性,且随着八甲基二螺芴蒽结构含量的增加,气体渗透性增加。PIM-OMEN-40的CO2渗透系数高达12431 barrer,远高于PIM-1的4234 barrer,同时也高于PIM-TMEN-40的12264 barrer。物理老化100天后,PIM-OMEN-x的CO2渗透系数仍然高于6000 barrer,PIM-OMEN-40的CO2渗透系数高达8390 barrer,接近未物理老化PIM-1的2倍。在前面工作的基础上,我们开展了聚合物链结构的精密调控,研究了分子链段的有序性和甲基含量对聚合物气体分离性能的影响。利用TFTPN和TTSBI制备了TFTPN封端的ABA单体,并分别和四羟基二螺芴蒽和甲基取代的四羟基二螺芴蒽进行聚合反应,制备了一系列结构有序的自具微孔聚合物（PIM-ABAs:PIM-ABA-EN,PIM-ABA-TMEN,PIM-ABA-OMEN）。结果表明甲基的引入可以更好地降低聚合物链的堆积密度,随着甲基含量的增加,聚合物链更加舒展,聚合物的比表面积和孔径增大。PIM-ABA-OMEN的孔径分布最宽,且孔径最大。分子动力学模拟结果与实验结果一致。与无规共聚物（PIM-EN-x,PIM-TMEN-x,PIM-OMEN-x）相比,结构有序的PIM-ABAs具有更高的气体渗透性和气体选择性。与PIM-OMEN-40相比,PIM-ABA-OMEN的CO2渗透系数和O2渗透系数均提升35%以上,其O2/N2选择性提升高达11%。PIM-ABA-EN的综合性能最优,虽然其CO2渗透系数只有13566 barrer,但由于具有较高的气体选择性,PIM-ABA-EN的CO2/N2和O2/N2分离性能分别接近2019年上限和2015年上限。物理老化186天后,PIM-ABAs的CO2渗透系数仍然高于8000 barrer,几乎是未物理老化PIM-1的2倍,且PIM-ABA-EN的O2/N2和CO2/N2分离性能分别超越了2015年上限和2019年上限。出色的气体分离性能使PIM-ABAs成为了潜在的气体分离膜材料,也为超高性能气体分离膜材料的分子结构设计提供了思路。
贺丰洋[4]（2021）在《PEBA三元混合基质膜的制备及CO2分离性能研究》文中进行了进一步梳理随着原油和煤炭等化石燃料的燃烧,这类不可再生资源储存量急剧降低,而且引发很多环境问题。为了缓解燃料问题,多数国家着重开发使用生物质能源,沼气作为其中的一种应用最为广泛。但沼气中除了CH4气体还有大量CO2在内的杂质气体（含量为25%-50%）,影响沼气的储存及沼气作为燃料的热值,致使沼气利用率普遍较低。本论文基于膜分离技术,以凹凸棒土（ATP）、聚醚嵌段酰胺（PEBA2533）及聚乙二醇（PEG）作为材料制备混合基质膜,应用于分离沼气中的CO2,从而提纯沼气,提高其中CH4的含量。主要研究工作如下:（1）利用Materials Studio分子模拟软件构建出CO2、CH4、PEBA2533模型和实验模拟体系,并用Forcite模块进行优化和动力学计算,考察了不同温度和压力对混合气体中CO2在PEBA膜中扩散系数的影响。结果表明,在25℃、0.2MPa下CO2的扩散系数最大为18.6。为实验研究提供了温度和压力指导。（2）用氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和N-氨乙基-3氨丙基甲基二甲氧基硅烷（KH602）分别对ATP进行改性,制备氨基硅烷改性ATP,FI-IR、XRD、TG、CA对改性ATP进行结构表征。结果表明,氨基硅烷接枝到了ATP上,两种硅烷偶联剂均对ATP改性成功。（3）选用PEBA2533作为聚合物基底,以ATP或改性ATP作为填料,二者共混制备二元混合基质膜。对混合膜进行结构表征和分离性能测试,结果显示,两相之间仅是物理共混而且相容性较好;在25℃和0.2MPa下以KH602改性的ATP作为填充粒子,PEBA含量为8wt%时PEBA/KH602-ATP混合基质膜气体分离性能最好,CO2渗透系数达300.8 Barrer,CO2/CH4选择性可达43.1,与PEBA纯膜相比分别提升了111.4%和102.3%。（4）为了进一步提高混合基质膜的气体分离性能,引入PEG400作为第三组份材料制备三元混合基质膜。考察不同改性ATP含量对三元混合基质膜的气体分离影响,结果表明,在25℃和0.2MPa下当添加量为8wt%时膜性能达到最佳,CO2渗透系数达到383.2Barrer、CO2/CH4选择性可以达到55.1,与PEBA纯膜相比分别提升了169.2%和158.7%,并且超越了2008年修订的Robeson分离上限。
王书丽[5]（2021）在《含螺二（苯并环烷）结构的聚酰亚胺制备及气体分离性能研究》文中研究表明膜分离技术相较于传统的气体分离技术（吸附、低温蒸馏等）,具有工艺简单、能耗低、无相变、分离效率高等优点,已广泛应用在环保、化工、能源、医药等领域,可实现高效的氢气回收、空气分离、天然气脱硫、烯烃-烷烃分离等。膜分离技术的关键是制备出性能优良的分离膜,高分子聚合物薄膜特别是聚酰亚胺薄膜具有优异的综合性能,如良好的机械性能、优异的耐热性和化学稳定性等,成为未来气体分离膜工业化应用的优选材料之一。传统的聚酰亚胺大多会因分子链间的紧密堆积导致气体渗透能力较低,气体渗透能力和选择性之间存在严重相互制约的关系。而这些问题可通过聚酰亚胺的结构设计进行改进。因此,本论文以聚酰亚胺为基体材料,通过分子设计引入非共平面的螺二（苯并环烷）结构来提高聚合物的自由体积和气体渗透能力,同时深入探究聚酰亚胺结构与分子堆积、气体分离等性能间的关系,从本质上阐明分子结构对气体分离性能的影响,为优化高分子聚合物薄膜的性能特别是气体分离性能提供有效的参考。本论文首先合成了含螺二（苯并环戊烷）结构的二酚单体,通过亲核取代合成两种吡啶功能化的螺二（苯并环戊烷）二硝基单体,之后将二硝基单体还原为二胺单体。将所合成的两种二胺单体分别与三种二酐（6FDA、ODPA、BPADA）进行聚合制备六种吡啶功能化的螺二（苯并环戊烷）聚酰亚胺。结果表明,六种聚合物均具有良好的热稳定性,玻璃化转变温度（Tg）为233-286℃,在450℃之前均没有发生任何的热分解,氮气气氛下800℃的残碳率为45-62%。所有的聚酰亚胺均具有很好的溶解性。同时成功证明了将刚性结构、非共平面的螺二（苯并环戊烷）单元、大体积的取代基（如甲基、三氟甲基）引入到聚合物主链中能够打乱分子链的堆积、提高其自由体积,进而增加聚合物薄膜的气体渗透能力和气体分离性能。另外,大体积的取代基甲基引入到聚合物主链中有利于提高气体的分离能力。为了进一步研究取代基甲基位置对聚合物性能的影响,通过亲核取代反应、还原反应等方法制备了两种甲基在不同取代位置吡啶功能化的二胺单体,然后与6FDA和ODPA进行聚合制备四种聚酰亚胺。所制备的聚酰亚胺均能很好的溶解在常见的机溶剂中,证明其良好的溶解性。聚合物均具有良好的热稳定性,且亚胺环间位取代基甲基具有更高的键能,进而提高了聚合物的热稳定性。气体分离结果表明,所有聚合物均具有较高的气体对选择性,CO2/CH4大于30,CO2/N2大于24,且甲基取代位置对柔性链聚合物气体渗透能力的影响比刚性链更明显,同时含6FDA二酐聚合物的气体分离性能均优于传统的聚合物。气体分离机理表明,聚合物薄膜的CO2/CH4分离行为主要遵循气体对的溶解选择性而非扩散选择性。再则,螺二（苯并二氢吡喃）结构整合到聚酰亚胺中能够明显提高气体分离性能,而取代基的种类对聚酰亚胺的性能具有重要影响。因此,通过经典的亲核取代和还原反应合成了三种不同取代基种类（苯环、吡啶环、甲基）含螺二（苯并二氢吡喃）结构的二胺单体,与刚性更大的6FDA二酐进行聚合制备螺二（苯并二氢吡喃）聚酰亚胺。结果表明,所制备的聚合物具有很好的溶解性、较高的分子量、优异的热稳定性能。同时通过实验和分子动力学模拟两种方式分别获得聚酰亚胺的自由体积分数（FFV）,并采用相邻平面的二面角理论对自由体积分数的变化进行了分析解释。此外,气体分离性能表明,相较于含联萘结构的聚合物,将非共平面的螺二（苯并二氢吡喃）结构引入到聚酰亚胺中,会引起更疏散的分子链堆积,展现更优的气体分离性能。气体分离机理研究表明,所制备的聚酰亚胺由于包含吡啶结构能够加强与酸性气体CO2的吸附作用,进而提高了CO2/CH4的溶解选择性和分离性能。此外,聚焦于取代基种类对含甲基取代螺二（苯并二氢吡喃）聚酰亚胺性能的影响,将四种不同种类的取代基通过亲核取代反应引入到螺二（3-甲基苯并二氢吡喃）二酚单体中制备四种二硝基单体,通过还原反应合成了四种二胺单体,然后将其分别与6FDA二酐聚合制备四种聚酰亚胺。四种聚合物具有很好的溶解性、良好的热稳定性。在有序性方面,利用分子动力学模拟得到聚合物晶胞的三维视图,能够明显发现其中的连续空腔,证明聚合物分子链的堆积较为松散。所得聚合物的气体分离性能表明,甲基取代基能够通过打乱聚合物链的堆积,提高薄膜的气体渗透能力,其N2、CH4、CO2的渗透能力分别提高71.6%、90.0%、61.8%,而甲氧基则在气体分子通道中形成障碍,进而提高气体对的选择性。通过对所得聚合物气体分离机理研究发现,聚合物包含苯环取代基时对CO2/CH4的分离主要遵循CO2/CH4扩散选择性,而包含吡啶环取代基时对CO2/CH4的分离主要遵循CO2/CH4溶解选择性。本论文通过将非共平面、扭曲的螺二（苯并环烷）结构和不同类别的取代基单元引入到聚合物中,制备一系列PIM-PIs。通过分子设计引入螺二（苯并环烷）结构来保证聚合物较高的自由体积,采用实验和分子动力学模拟相结合的方法研究了聚合结构与性能的关系;结合实验数据分析进一步优化了聚合所用的二酐结构、研究了取代基种类、位置对聚合物性能的影响,为制备高性能的聚酰亚胺功能性材料提供了理论支撑。
鹿莎莎,黄川,申亚栋,葛春玲,王里奥[6]（2021）在《膜接触法捕集生物质气CO2的研究进展》文中进行了进一步梳理生物质气中CO2捕集及CH4的回收利用具有巨大经济价值和环境效益,受到各领域的广泛关注.基于中空纤维膜的气-液膜接触技术以其效率高、能耗少和操作灵活等优势被认为是CO2捕集领域的重大突破.本文以中空纤维膜材料为中心,回顾了近十年来无机膜、传统有机聚合膜、有机微孔聚合膜、混合基质膜和固定载体膜的研究和发展,论述了各类中空纤维膜的CO2捕集性能以及当前面临的挑战.同时从膜润湿、吸收剂以及工艺条件等方面分析了影响CO2分离性能的主要因素.并提出开发低成本、高CO2捕集性能和高稳定性的新型中空纤维膜以及推进膜的中试和示范试点工程作为未来发展的主流方向.
翟明明[7]（2021）在《计算化学在分子筛膜的气体传递性质研究》文中研究说明计算化学以量子力学理论为基石,利用有效的数学描述及电脑程序计算分子的性质,解释并实现各种核心化学问题。其应用广泛并极具潜力,涵盖计算体系能量、分子几何构型、偶极矩、振动频率、光谱、磁性、速率平衡、反应机理、过渡态、热力学数据、新材料设计、药物设计、输运性质、对接和定量构效关系等方面。其中,经典力学的分子动力学方法（molecular dynamics,MD）对气体通过多孔膜的行为机制研究具有代表性和研究价值。双控面非平衡分子动力学（dual-control plane nonequilibrium molecular dynamics,DCP-NEMD）作为一种分子力学的非平衡分子动力学模拟方法,对气体渗透通过微孔膜材料、考察气体在微孔中的行为机制十分有效,从而为指导新材料的合成设计提供理论依据和目标导向。分子筛膜材料凭借高比表面积、孔隙率、拓扑种类多样、多功能化等孔道结构特点,在气体分离领域表现优异。本文针对碳分子筛膜（carbon molecular sieve membranes,CMSMs）及金属有机骨架（metal–organic frameworks,MOFs）分离膜等材料等进行计算化学研究,以分子动力学、量子化学等主要手段,对各自性能及气体分离等相关领域,进行计算和理论分析。（1）开发并发展了DCP-NEMD计算方法,以适用不同特点的多孔材料体系。进而利用分子力学的非平衡分子动力学方法,对气体渗透多孔膜的行为机制进行计算模拟,包括CMSMs、MOFs膜等构型体系,为模拟气体渗透特性提供了一种有利方案。（2）采用熔融淬火（melt-quenching）技术,在不同温度压力条件下,构建了不同密度的CMSMs构型;监测每种构型的实时温度和能量变化,并对各种构型的径向分布函数（radial distribution function,RDF）、键角分布（bond angle distribution,BAD）、孔径分布（pore size distribution,PSD）等合理性进行考察。根据考察结果,从所得CMSMs结构中,选用模拟步长为1 fs时,密度为1.8 g·cm-3孔径为0.75 nm的CMSMs,采用DCP-NEMD方法,研究讨论气体He、Ne、H2、CO2、N2、CH4和SF6的渗透扩散性能。不同气体种类分子的渗透特征在与Knudsen扩散模型相比较下,可以观测到略微不同的吸附扩散行为。由此可知,此过程不仅与渗透粒子的分子动力学直径有关,还与其摩尔质量、分子形状、分子作用力等性质有关。小分子气体在低密度CMSMs中,随着分子质量的增大,渗透通量减小。特别是SF6分子,随着温度升高,在CMSMs中经历了从Knudsen扩散到表面扩散,再到活性化扩散的具有明显特征的渗透行为。以上气体在低密度CMSMs的渗透顺序为:H2>He>CH4>Ne>N2>CO2>SF6。（3）CAU-1作为一种铝中心氨基功能化MOF,可以初步利用BFDH（Bravais-Friedel Donnay-Harker method）晶习模拟推断晶体生长形貌。为了得到适用于气体渗透计算的构型,由于CSD库中结构是实验x射线衍射（x-ray diffraction pattern,XRD）测定结果经过Rietveld精修的单晶解析得到的结构,因此需要对其进行预处理及几何优化。所得CAU-1超胞结构,从骨架拓扑结构、XRD、PSD、自由体积、静电势（electrostatic potential,ESP）等方面着手,认识孔道分布特点,得到计算模拟体系的合理结构;进而利用DCP-NEMD方法,从室温298 K到600 K,在巨正则系综（grand canonical ensemble,μVT）下,分别对单组分气体和二元混合物通过CAU-1膜渗透行为进行考察,x-和y-方向采用周期性边界条件（periodic boundary conditions,PBC）。单组分渗透时,对于CO2、N2、CH4、H2、He、Kr和Xe,不同气体分子有着各自行为特点,基本符合实验中的渗透规律。其模拟渗透系数为0.62～2.62×10-3 mol?m-2?s-1?Pa-1,比实验中表观渗透系数0.33～1.34×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1大3个数量级,与厚度比其小3个数量级相符合。H2的透气性最高,经历了由Knudsen向表面扩散的增大趋势。在考虑范德华相互作用和静电相互作用后,CO2/H2理想分离因子可达2.1,与实验值基本相符,得到转向CO2优先选择的良好结果。对于二元混合气体CO2/N2、CO2/CH4、CO2/H2和H2/CH4、及稀有气体Kr/Xe,分压均为1 atm,即初始混合物浓度比设置为1:1。其中对于H2/CH4,H2透过率随温度的变化趋势与单组分气体相似。298 K时分离因子H2/CH4为1.9,与实验工作基本一致。混合物比理想分离因子略有下降,可以推断二者在CAU-1中对同一位点有竞争吸附关系,但表现不明显。CO2扩散速率因比N2快,可能由于其特征吸附,使得CAU-1骨架孔道不足以承载通过更多的气体分子。对于CO2/CH4及CO2/H2,考虑静电和范德华相互作用时,二者模拟的分离因子可分别达到23.0和12.9,比理想分离因子更加接近实验结果。这是由于强四极矩CO2分子与CAU-1膜孔壁上的NH2-相互作用强于其它气体分子,可以优先通过。对于Kr/Xe二元体系,Kr的渗透通量基本恒定在3.1×10-4 mol?m-2?s-1?Pa-1,而Xe分子动力学直径4.1?与CAU-1的PLD相当,几乎没有通过,表现出明显的分子筛分效应。因此,用DCP-NEMD方法可以初步预测在实际应用中,CAU-1膜材料对分离放射性Kr/Xe气体有着极其优异的选择性能和分离性能。通过计算,得到了预期的结构模型和气体渗透行为结果,并可用于指导工业应用。DCP-NEMD方法为模拟气体渗透特性提供了一种有效的分子动力学方法。
贾明民[8]（2020）在《高渗透性复合膜的制备及生物质气体燃料分离性能研究》文中进行了进一步梳理随着经济社会的快速发展,能源短缺问题正在逐渐显现,开发和利用生物质能越来越受到研究们的关注。其中,生物质发酵氢气（H2）和沼气（CH4）最有应用前景。但是,发酵产生的生物质气体燃料中存在的无热值的CO2,降低了燃烧效率,增加了温室气体排放,开发高效的生物质气体燃料纯化技术已经成为高效氢气和沼气利用过程中的关键问题。膜分离以低耗能和易操作等优点被认为是未来最具发展潜力的分离技术。开发具有高物理化学稳定性,高分离性能的气体分离膜材料已经成为当下研究的热点。本课题以二维碳基氧化石墨烯（GO）和木质纤维制备的一维纳米纤维素（CNFs）作为膜基质,复合多孔材料,并以气体分离基础理论为指导,通过合理的结构设计,系统地制备了高渗透性的氢气（H2/CO2）和沼气（CO2/CH4）纯化膜。深入研究了复合膜的理化性质和气体渗透性能,分析了分离膜的性能特点和主要应用方向,建立了分离膜的物理化学结构与气体分离性能的相互关系,探索了气体分子在不同结构分离膜中的渗透机理。（1）基于GO的复合膜:针对生物质发酵氢气（H2/CO2）纯化体系,本课题首先以GO作为基质材料,制备基于GO的复合膜。GO作为一类具有超高物理化学稳定性的二维碳基材料,表面拥有丰富的含氧官能团,具有较好的成膜性能,是一类理想的膜基质材料。而对于多层GO膜,气体分子主要通过GO片层间隙进行扩散,路径相对曲折,气体渗透性能较差。考虑到这一点,本研究选择具有超大比表面积的金属有机骨架（MOFs）作为GO片层填充材料,制备Ui O-66-NH2/GO复合膜。与纯GO膜相比,通过在GO片层之间插入大孔隙的UiO-66-NH2颗粒,可以为动力学直径较小的气体分子提供快速扩散的孔道,实现了H2/CO2的高效纯化分离,H2通量为3.9×10-8 mol m-2 s-1 Pa-1,H2/N2和H2/CO2理想选择性分别为9.75和6.39。（2）基于GO改性的复合膜:一方面,利用GO成膜性能较好的优点,以GO作为补丁材料,修补石墨相氮化碳（g-C3N4）膜内g-C3N4片层间的缺陷,制备了g-C3N4-GO复合膜。g-C3N4薄片上的三角超微孔尺寸为0.311 nm,可以选择性地将H2从CO2、N2、O2和CH4中筛分出来,获得了优异且稳定的H2纯化性能,H2通量为366.3×10-8 mol m-2 s-1 Pa-1,H2/CO2的理想选择性为179.6。另一方面,利用GO表面含有丰富含氧官能团的特性,掺杂GO进聚合物基质中,通过GO表面基团对CO2的选择性吸附,可以实现CO2选择性渗透扩散,同时通过掺杂多孔MOFs,可以实现气体渗透通量的显着提高。制备的杂化基质膜UiO-66-NH2@GO-PI展现出较高的CO2脱除性能,CO2的通量为7.28 Barrer,CO2/N2的选择性为52,有望实现高效的沼气（CO2/CH4）纯化分离。（3）基于CNFs的复合膜:纤维素作为一类天然聚合物材料,储量极大,绿色,易降解,是一类具有前景的膜基质材料。首先,以典型的聚合物作为膜基质材料,探索聚合物膜的制备和均匀分散MOFs的方法。选取聚醚砜（PES）作为成膜基质,通过引入溴化聚苯醚（BPPO）作为改性剂,可以实现UiO-66-NH2高效分散,制备的UiO-66-NH2/BPPO/PES杂化基质膜展现出较高的CO2分离性能,CO2的通量为125.6 Barrer,CO2/N2的选择性为50.2。基于以上工作,选择2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）氧化制备的CNFs作为成膜基质,以具有CO2筛分效应的ZIF-8作为填充材料,制备ZIF-8/CNF复合膜材料。通过在CNF纤维上原位生长ZIF-8晶体,可以实现了ZIF-8在CNF基质中的均匀分散,有效提高无机颗粒的载荷,有希望在CNF基质内形成连通的ZIF-8孔道,实现了高效的沼气纯化分离,CO2的通量为550 Barrer,CO2/N2和CO2/CH4的理想选择性分别为45.5和36.2。（4）基于CNFs的促进传递膜:从机理探索方面出发,利用CNFs保水性较好的优点,通过对CNFs进行官能团改性,实现CO2的选择性脱除。本研究以乙二胺（EDA）作为改性剂改性羧基化的纳米纤维素,制备CNF-NH2作为膜基质材料。在分离过程中,通过对膜进行加湿处理,以氨基作为催化剂,促进CO2与H2O形成易于扩散的HCO3-,作为CO2的扩散载体,有效提高了CO2/CH4的选择性。另外,以孔隙较大的UiO-66作为填充材料,作为气体分子扩散的高速通道,实现了气体渗透性能的大幅度提高。制备的CNF-NH2/UiO-66复合膜展现出高效的沼气（CO2/CH4）分离性能,潮湿状态下,CO2通量为148 Barrer,CO2/CH4的理想选择性为43。
侯倩倩[9]（2020）在《金属有机框架膜的结构调控及性能研究》文中研究表明金属有机框架材料（MOFs）具有规则的孔道结构和可调的孔尺寸,是一种理想的气体分离膜材料。目前,MOF材料的数量已达成百上千种,结构也千差万别,然而MOF膜的发展仍有一定的局限性。首先,柔性使MOF膜对气体缺乏严格的筛分效果。MOF材料中配体的旋转会导致其孔径变大,稍大于MOF理论孔径的气体分子仍可缓慢的通过膜孔道,从而降低其气体分离性能。其次,MOF材料的孔径虽然可调,但是实现亚纳米级的连续调节仍存在难度,因而很难找到合适的MOF膜用于某些特定气体体系的分离。最后,MOF膜的晶界结构质量难以优化,从而影响其分离效果。不好的晶界结构意味着晶体界面处存在大面积的非选择性扩散区域,分离选择性会远低于期待值。针对MOF膜发展遇到的以上问题,本论文采用快速电流驱动法（FCDS）制备了一系列孔径可微调的刚性双配体膜用于CO2/CH4分离,也制备了定向的双金属膜用于C3H6/C3H8分离,并研究了晶界结构和柔性对膜性能的影响。具体研究内容如下:（1）为寻找适合CO2/CH4分离的MOF膜,我们采用FCDS法20 min制备了刚性ZIF-8＿Cm相结构,并将其作为母体,原位加入不同量的苯并咪唑（b Im）配体,得到一系列孔径可微调的刚性双配体ZIF-7x-8膜。双配体膜的具体孔径可由计算模拟得到。由实验结果可知,ZIF-722-8膜对CO2/CH4的分离性能最好,分离选择性可达25,相对于其母体,性能提升了10倍。此外,该膜具有良好的连续变温以及长期操作稳定性（180h）。本研究提出的―刚性+缩小膜孔径‖双策略有望用于制备其他类别MOF膜材料。（2）为研究柔性和晶界结构对膜性能的影响,我们采用FCDS法制备了一系列定向的双金属Zn（100-x）Cox-ZIF膜用于C3H6/C3H8气体的分离。我们用Co%含量代表膜框架的刚性程度,OI（定向指数）值代表膜的晶界结构质量好坏。―火山型‖曲线和气体分离选择性增长曲线的斜率变化情况分别表明结构刚性和晶界结构都不是影响气体分离性能的唯一因素,并且我们得到了预测膜性能的等高线图,发现二者在影响膜性能时存在―跷跷板‖现象。从实验结果来看,Zn82Co18-ZIF膜处于刚性和晶界结构的最佳平衡点,其C3H6/C3H8的分离选择性可达200。此外,该膜也具有长期操作稳定性和耐压性。总而言之,本论文的研究意义在于对金属有机框架膜的结构进行调控,并对影响膜气体分离性能的因素进行分析。
王启祥[10]（2020）在《碳分子筛膜的设计制备及气体分离性能评价》文中认为膜分离技术相较于传统分离手段具有低能耗、占地少、污染小的优势,受到研究人员的广泛关注。而高性能的膜材料是限制膜分离技术进一步发展的关键所在,这主要是由于传统聚合物膜材料因自身固有属性限制,难以同时获得高气体渗透率和高选择性;而无机膜也因成本高昂、制备工艺复杂而难以工业化。因此,开发新型高效气体分离膜材料迫在眉睫。基于聚合物膜前体制备的碳分子筛（CMS）膜具有高渗透率、高选择性等突出优势,正逐渐成为取代传统工业分离膜的新型膜材料。碳分子筛膜的前体材料和制备工艺对其气体分离性能影响最大,而目前成功制备的碳分子筛膜性能仍不足以大面积实际应用。为了开发有工业应用前景的高性能碳分子筛膜,本文从前体材料选取及改性、制备工艺优化入手,开发了一系列新型碳分子筛膜材料用于气体分离。本文基于具有不同6Fp DA:DABA摩尔比的羧酸化聚酰亚胺制备了碳分子筛膜。6FDA-6Fp DA:DABA基聚合物膜、热交联膜和碳分子筛膜的CO2/CH4和C2H4/C2H6分离性能较为突出。其中,热交联的前体膜的气体渗透率高于未交联的膜;而所有碳分子筛膜气体分离性能优于前体聚合物膜。在576℃下热解制备的碳分子筛膜的CO2和C2H4渗透率分别为3573和244.6 Barrer,CO2/CH4和C2H4/C2H6的理想选择性高达51.5和4.80。热解终温的升高使碳分子筛膜的气体渗透率降低、理想选择性提高。在800℃下热解制备碳分子筛膜,膜的C2H4/C2H6的理想选择性可以达到24.1,C2H4的渗透率为10.4 Barrer。Zn2+功能化碳分子筛膜较未改性前具有较好的气体选择性,但气体渗透率略有下降。综上所述,6FDA-6Fp DA:DABA基碳分子筛膜具有优异的气体分离性能,超过了聚合物upper-bound,且在CO2分离和烯烃回收方面具有巨大潜力。本文还采用添加了ZIF-8纳米晶体的6FDA-BI混合基质膜（MMMs）作为前体材料,初步探究了热退火工艺对前体膜的气体分离性能的影响,并在500℃下进行热解,成功制备了掺杂ZIF-8的6FBI/ZIF-8基碳分子筛膜。膜的后处理工艺显着提高了混合基质膜的气体分离性能。500℃热解制备的6FBI/ZIF-8基碳分子筛膜性能较为突出,CO2渗透率高达1438 Barrer、CO2/CH4理想选择性基为62.7,并且该膜具有较好的轻烃分离性能,C2H4渗透率为57.2 Barrer,C2H4/C2H6理想选择性6.43。本工作中制备的所有碳分子筛膜的气体分离性能均突破了聚合物的upper-bound。
二、碳分子筛膜气体分离机理模拟的研究进展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、碳分子筛膜气体分离机理模拟的研究进展（论文提纲范文）
（1）面向氧氮分离的聚醚嵌段聚酰胺磁性膜制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 O_2/N_2 分离的背景意义 |
| 1.2 O_2/N_2 分离的主要方法 |
| 1.2.1 低温蒸馏法 |
| 1.2.2 变压吸附法 |
| 1.2.3 膜分离法 |
| 1.3 O_2/N_2 分离膜技术 |
| 1.3.1 O_2/N_2 分离膜的传质机理 |
| 1.3.2 O_2/N_2 分离膜材料 |
| 1.4 O_2/N_2分离膜的分类及研究现状 |
| 1.4.1 无机O_2/N_2 分离膜 |
| 1.4.2 聚合物O_2/N_2 分离膜 |
| 1.4.3 混合基质膜 |
| 1.5 磁性O_2/N_2 分离膜 |
| 1.5.1 物质的磁性 |
| 1.5.2 气体磁分离的研究 |
| 1.5.3 磁性O_2/N_2分离膜的传质机理 |
| 1.5.4 磁性O_2/N_2分离膜的研究进展 |
| 1.6 课题提出及研究内容 |
| 1.6.1 课题提出 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验材料与试剂 |
| 2.2 实验仪器与设备 |
| 2.3 聚醚嵌段聚酰胺磁性膜的制备 |
| 2.3.1 PEBA/Fe_3O_4 磁性膜的制备 |
| 2.3.2 表面活性剂改性PEBA/Fe_3O_4磁性膜的制备 |
| 2.3.3 离子液体共混PEBA/Fe_3O_4磁性膜的制备 |
| 2.3.4 非均质结构PEBA/Fe_3O_4磁性膜的制备 |
| 2.4 聚醚嵌段聚酰胺磁性膜的表征方法 |
| 2.4.1 傅里叶红外光谱(FT-IR) |
| 2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线谱仪(EDX) |
| 2.4.3 磁性能(VSM) |
| 2.4.4 X-射线衍射(XRD) |
| 2.4.5 热重分析(TGA) |
| 2.4.6 差示扫描量热仪(DSC) |
| 2.4.7 密度与自由体积 |
| 2.4.8 机械性能 |
| 2.5 聚醚嵌段聚酰胺磁性膜的O_2/N_2分离性能测试 |
| 2.5.1 聚醚嵌段聚酰胺磁性膜的O_2/N_2分离性能评价装置 |
| 2.5.2 聚醚嵌段聚酰胺磁性膜的O_2/N_2分离性能参数 |
| 第三章 表面活性剂改性聚醚嵌段聚酰胺磁性膜及其O_2/N_2分离性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 磁性Fe_3O_4 粒子的表征 |
| 3.3 表面活性剂改性 Fe_3O_4的分散性 |
| 3.4 表面活性剂改性磁性膜的表征 |
| 3.4.1 红外光谱分析 |
| 3.4.2 扫描电镜分析 |
| 3.4.3 磁性能分析 |
| 3.4.4 X-射线衍射分析 |
| 3.4.5 热重分析 |
| 3.4.6 热性能分析 |
| 3.4.7 机械性能分析 |
| 3.5 表面活性剂改性磁性膜的O_2/N_2分离性能研究 |
| 3.5.1 表面活性剂类型对改性磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 3.5.2 改性Fe_3O_4添加量对改性磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 3.5.3 不同表面活性剂改性磁性膜的O_2/N_2分离性能评价 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 离子液体共混聚醚嵌段聚酰胺磁性膜及其O_2/N_2分离性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PEBA/Fe_3O_4/IL磁性膜的表征 |
| 4.2.1 红外光谱分析 |
| 4.2.2 扫描电镜分析 |
| 4.2.3 磁性能分析 |
| 4.2.4 X-射线衍射分析 |
| 4.2.5 热重分析 |
| 4.2.6 热性能分析 |
| 4.2.7 密度与自由体积分析 |
| 4.2.8 机械性能分析 |
| 4.3 PEBA/Fe_3O_4/IL磁性膜的O_2/N_2分离性能研究 |
| 4.3.1 IL对 PEBA/Fe_3O_4磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 4.3.2 IL添加量对PEBA/Fe_3O_4/IL磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 4.3.3 磁场强度对PEBA/Fe_3O_4/IL磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 4.3.4 PEBA/Fe_3O_4/IL磁性膜的O_2/N_2分离性能评价 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 磁场诱导制备非均质聚醚嵌段聚酰胺磁性膜及其O_2/N_2分离性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 非均质磁性膜的表征 |
| 5.2.1 扫描电镜和能量色散X射线谱仪分析 |
| 5.2.2 磁性能分析 |
| 5.2.3 X-射线衍射分析 |
| 5.2.4 热重分析 |
| 5.2.5 密度与自由体积分析 |
| 5.2.6 机械性能分析 |
| 5.3 非均质磁性膜的O_2/N_2分离性能研究 |
| 5.3.1 Fe_3O_4添加量对非均质磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 5.3.2 非均质结构对磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 5.3.3 磁场强度对非均质磁性膜O_2/N_2分离性能的影响 |
| 5.3.4 非均质磁性膜的O_2/N_2分离性能评价 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文结论与展望 |
| 6.1 全文结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间研究成果 |
（2）Kapton中空纤维和碳分子筛气体分离膜的制备方法研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 气体分离膜技术 |
| 1.3 气体分离膜发展历史 |
| 1.4 气体分离膜分离机理 |
| 1.4.1 微孔扩散机理 |
| 1.4.2 溶解-扩散机理 |
| 1.5 气体分离膜材料 |
| 1.5.1 高分子材料 |
| 1.5.2 无机材料 |
| 1.5.3 有机-无机杂化材料 |
| 1.6 中空纤维气体分离膜 |
| 1.7 聚酰亚胺中空纤维气体分离膜 |
| 1.8 课题的研究意义和研究内容 |
| 1.8.1 课题的研究意义 |
| 1.8.2 课题研究内容 |
| 第二章 实验原料、仪器及测试与表征 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 实验原料 |
| 2.3 实验仪器 |
| 2.4 测试与表征 |
| 2.4.1 化学结构表征-FTIR |
| 2.4.2 热稳定性表征-TGA |
| 2.4.3 中空纤维膜形貌观察-SEM |
| 2.4.4 中空纤维膜收缩率 |
| 2.4.5 铸膜液粘度测试 |
| 2.4.6 力学性能测试 |
| 2.4.7 孔隙率测定 |
| 2.4.8 表面平均孔径估算 |
| 2.4.9 溶解度参数计算 |
| 2.4.10 中空纤维膜气体分离性能测试 |
| 2.4.11 致密膜气体分离性能测试 |
| 第三章 PMDA-ODA聚酰亚胺的碳分子筛中空纤维复合膜的制备 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验操作 |
| 3.2.1 铸膜液的配置 |
| 3.2.2 中空纤维膜的制备 |
| 3.2.3 聚乙烯亚胺交联处理 |
| 3.2.4 涂敷液准备 |
| 3.2.5 浸涂处理 |
| 3.2.6 碳化处理 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 中空纤维膜形貌 |
| 3.3.2 基于PMDA-ODA的膜的化学结构 |
| 3.3.3 交联对于PMDA-ODA聚酰亚胺热稳定性的影响 |
| 3.3.4 交联处理对于抑制膜在碳化过程的收缩的影响 |
| 3.3.5 涂敷液浓度对碳分子筛中空纤维复合膜气体分离性能的影响 |
| 3.3.6 涂敷次数对碳分子筛中空纤维复合膜气体分离性能的影响 |
| 3.3.7 气体分离性能的综合比较 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 无缺陷PMDA-ODA聚酰亚胺中空纤维膜的制备 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验操作 |
| 4.2.1 平板膜的制备 |
| 4.2.2 移动前沿 |
| 4.2.3 临界浓度的确定 |
| 4.2.4 三相图的绘制 |
| 4.2.5 无缺陷中空纤维膜的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 氯化锂含量对铸膜液粘度影响 |
| 4.3.2 氯化锂含量对聚酰胺酸移动前沿影响 |
| 4.3.3 氯化锂含量对膜孔隙率影响 |
| 4.3.4 氯化锂含量对膜力学性能的影响 |
| 4.3.5 临界浓度的确定 |
| 4.3.6 非溶剂的选择与理论依据 |
| 4.3.7 无缺陷中空纤维膜的制备 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 作者简介 |
| 导师简介 |
| 附件 |
（3）含苯基联嘧啶和二螺芴蒽结构的自具微孔聚合物的制备及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景意义 |
| 1.2 气体分离膜的发展及分离机理概况 |
| 1.2.1 气体分离膜的发展 |
| 1.2.2 膜分离机理简介 |
| 1.3 气体分离膜种类及研究现状 |
| 1.3.1 无机膜 |
| 1.3.2 聚合物膜 |
| 1.3.3 混合基质膜 |
| 1.4 自具微孔聚合物膜存在的问题及解决办法 |
| 1.4.1 塑化及其解决办法 |
| 1.4.2 物理老化及其解决办法 |
| 1.5 本文设计思想 |
| 第2章 实验试剂和仪器 |
| 2.1 实验试剂 |
| 2.2 测试仪器与方法 |
| 2.2.1 结构表征 |
| 2.2.2 分子动力学模拟 |
| 2.2.3 热性能及机械性能表征 |
| 2.2.4 聚合物分子量测试 |
| 2.2.5 N_2吸附测试 |
| 2.2.6 气体分离性能测试 |
| 第3章 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的制备及其性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 四苯基四羟基联嘧啶单体的合成与结构表征 |
| 3.2.1 四苯基四羟基联嘧啶单体的合成 |
| 3.2.2 四苯基四羟基联嘧啶单体及中间产物的表征 |
| 3.3 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的制备与结构表征 |
| 3.3.1 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的制备 |
| 3.3.2 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的结构表征 |
| 3.4 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的性能研究 |
| 3.4.1 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的溶解性 |
| 3.4.2 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物薄膜的制备 |
| 3.4.3 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的分子量和机械性能表征 |
| 3.4.4 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的热稳定性表征 |
| 3.4.5 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的WAXD表征 |
| 3.4.6 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的N_2吸附表征 |
| 3.4.7 含四苯基联嘧啶自具微孔聚合物的气体分离性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备及其性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 四羟基二螺芴蒽单体的合成与结构表征 |
| 4.2.1 四羟基二螺芴蒽单体的合成 |
| 4.2.2 四羟基二螺芴蒽单体及中间产物的表征 |
| 4.3 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备与结构表征 |
| 4.3.1 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备 |
| 4.3.2 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的结构表征 |
| 4.4 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的性能研究 |
| 4.4.1 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的溶解性 |
| 4.4.2 含二螺芴蒽自具微孔聚合物薄膜的制备 |
| 4.4.3 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的分子量和机械性能表征 |
| 4.4.4 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的热稳定性表征 |
| 4.4.5 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的WAXD表征 |
| 4.4.6 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的N_2吸附表征 |
| 4.4.7 含二螺芴蒽自具微孔聚合物的气体分离性能 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备及其性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 四甲基四羟基二螺芴蒽单体的合成与结构表征 |
| 5.2.1 四甲基四羟基二螺芴蒽单体的合成 |
| 5.2.2 四甲基四羟基二螺芴蒽单体及中间产物的表征 |
| 5.3 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备与结构表征 |
| 5.3.1 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备 |
| 5.3.2 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的结构表征 |
| 5.4 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的性能研究 |
| 5.4.1 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的溶解性 |
| 5.4.2 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物薄膜的制备 |
| 5.4.3 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的分子量和机械性能表征 |
| 5.4.4 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的热稳定性表征 |
| 5.4.5 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的WAXD表征 |
| 5.4.6 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的N_2吸附表征 |
| 5.4.7 含四甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的气体分离性能 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备及其性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 八甲基四羟基二螺芴蒽单体的合成与表征 |
| 6.2.1 八甲基四羟基二螺芴蒽单体的合成 |
| 6.2.2 八甲基四羟基二螺芴蒽单体及中间产物的表征 |
| 6.3 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备与结构表征 |
| 6.3.1 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的制备 |
| 6.3.2 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的结构表征 |
| 6.4 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的性能研究 |
| 6.4.1 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的溶解性 |
| 6.4.2 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物薄膜的制备 |
| 6.4.3 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的分子量和机械性能表征 |
| 6.4.4 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的热稳定性表征 |
| 6.4.5 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的WAXD表征 |
| 6.4.6 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的N_2吸附表征 |
| 6.4.7 含八甲基二螺芴蒽自具微孔聚合物的气体分离性能 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的制备及其性能研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 ABA单体的合成及结构表征 |
| 7.2.1 ABA单体的合成 |
| 7.2.2 ABA单体的结构表征 |
| 7.3 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的制备与结构表征 |
| 7.3.1 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的制备 |
| 7.3.2 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的结构表征 |
| 7.4 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的性能研究 |
| 7.4.1 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的溶解性 |
| 7.4.2 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物薄膜的制备 |
| 7.4.3 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的分子量和机械性能表征 |
| 7.4.4 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的热稳定性表征 |
| 7.4.5 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的WAXD表征 |
| 7.4.6 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的N_2吸附表征 |
| 7.4.7 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的分子动力学模拟 |
| 7.4.8 含二螺芴蒽衍生物结构有序自具微孔聚合物的气体分离性能 |
| 7.5 本章小结 |
| 第8章 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及专利 |
| 致谢 |
（4）PEBA三元混合基质膜的制备及CO2分离性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 CO_2捕集分离方法的概述 |
| 1.1.1 吸收法 |
| 1.1.2 吸附法 |
| 1.1.3 低温蒸馏法 |
| 1.1.4 膜分离法 |
| 1.2 CO_2分离膜材料 |
| 1.2.1 聚合物膜 |
| 1.2.2 无机膜 |
| 1.2.3 混合基质膜 |
| 1.3 CO_2分离膜分离机理 |
| 1.3.1 溶解-扩散机理 |
| 1.3.2 促进传递机理 |
| 1.3.3 其他机理 |
| 1.4 界面形态及第三组份在MMMs中应用的概述 |
| 1.4.1 界面形态 |
| 1.4.2 第三组份在MMMs中的应用 |
| 1.5 分子模拟在气体分离中的应用 |
| 1.6 选题依据及研究内容 |
| 第2章 实验材料及方法 |
| 2.1 实验原料与实验设备 |
| 2.1.1 实验材料与实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器与设备 |
| 2.2 实验表征方法 |
| 2.2.1 结构表征方法 |
| 2.2.2 薄膜基本性能测试方法 |
| 2.2.3 气体分离装置及方法 |
| 第3章 PEBA/改性ATP混合基质膜的制备及CO_2分离性能研究 |
| 3.1 改性凹凸棒土的制备 |
| 3.1.1 凹凸棒土的酸化预处理 |
| 3.1.2 改性凹凸棒土的制备 |
| 3.2 改性凹凸棒土的表征与分析 |
| 3.3 PEBA/改性ATP混合基质膜的制备 |
| 3.3.1 PEBA2533 纯膜的制备 |
| 3.3.2 PEBA/改性ATP混合基质膜的制备 |
| 3.4 PEBA/改性ATP混合基质膜的表征与分析 |
| 3.5 PEBA/改性ATP混合基质膜气体分离性能 |
| 3.5.1 填充量对膜气体分离性能的影响 |
| 3.5.2 压力对膜气体分离性能的影响 |
| 3.5.3 温度对膜气体分离性能的影响 |
| 3.5.4 气体分离性能和Robeson上限比较 |
| 3.6 CO_2/CH_4气体分子在PEBA纯膜中扩散行为的MD研究 |
| 3.6.1 模型及体系的构建 |
| 3.6.2 模型盒子的建立与优化 |
| 3.6.3 模拟体系平衡验证 |
| 3.6.4 压力、温度对气体分子在PEBA纯膜中扩散系数的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 PEBA/PEG@改性ATP三元混合基质膜的制备及CO_2分离性能研究 |
| 4.1 PEBA/PEG混合基质膜的制备 |
| 4.2 PEBA/PEG混合基质膜的表征与分析 |
| 4.3 PEBA/PEG混合基质膜气体分离性能表征 |
| 4.3.1 填充量对膜气体分离性能的影响 |
| 4.3.2 气体分离性能和Robeson上限比较 |
| 4.4 PEBA/PEG400@改性ATP三元混合基质膜的制备 |
| 4.5 PEBA/PEG400@改性ATP三元混合基质膜的表征与分析 |
| 4.6 三元混合基质膜气体分离性能表征 |
| 4.6.1 填充量对膜气体分离性能的影响 |
| 4.6.2 压力对混合基质膜气体分离性能的影响 |
| 4.6.3 温度对混合基质膜气体分离性能的影响 |
| 4.6.4 气体分离性能和Robeson上限比较 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读硕士期间科研成果 |
| 致谢 |
（5）含螺二（苯并环烷）结构的聚酰亚胺制备及气体分离性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 气体分离膜技术 |
| 1.2.1 气体分离膜的定义及分类 |
| 1.2.2 气体分离膜的发展历程 |
| 1.2.3 气体分离膜的应用 |
| 1.3 气体分离膜的分离机理 |
| 1.3.1 气体在多孔膜中的分离机理 |
| 1.3.2 气体在致密膜中的分离机理 |
| 1.4 气体分离膜在应用中存在的问题及改性方法 |
| 1.4.1 共混改性 |
| 1.4.2 结构改性 |
| 1.5 聚酰亚胺气体分离膜 |
| 1.6 本论文设计思想 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验原料及试剂 |
| 2.2 测试仪器与测试方法 |
| 第三章 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的制备及性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)二胺单体及聚酰亚胺的合成 |
| 3.2.1 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)二胺单体的合成 |
| 3.2.2 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的合成 |
| 3.2.3 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺薄膜的制备 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)单体的合成及结构表征 |
| 3.3.2 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的合成及结构表征 |
| 3.3.3 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的热性能 |
| 3.3.4 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的溶解性能 |
| 3.3.5 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的XRD测试 |
| 3.3.6 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的自由体积分数 |
| 3.3.7 吡啶功能化螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺薄膜的气体分离性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的制备及性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)二胺单体及聚酰亚胺合成 |
| 4.2.1 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)二胺单体的合成 |
| 4.2.2 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的合成 |
| 4.2.3 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺薄膜的制备 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)单体的合成和结构表征 |
| 4.3.2 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的合成和结构表征 |
| 4.3.3 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的热性能 |
| 4.3.4 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的溶解性能 |
| 4.3.5 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的XRD测试 |
| 4.3.6 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的自由体积分数 |
| 4.3.7 甲基不同取代位置螺二(苯并环戊烷)聚酰亚胺的气体分离性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的制备及性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 含螺二(苯并二氢吡喃)结构二胺单体及聚酰亚胺的合成 |
| 5.2.1 含螺二(苯并二氢吡喃)结构二胺单体的合成 |
| 5.2.2 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的合成 |
| 5.2.3 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺薄膜的制备 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.3.1 含螺二(苯并二氢吡喃)结构单体的合成和结构表征 |
| 5.3.2 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的合成和结构表征 |
| 5.3.3 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的热性能 |
| 5.3.4 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的溶解性能 |
| 5.3.5 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的XRD测试 |
| 5.3.6 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的自由体积分数 |
| 5.3.7 含螺二(苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的气体分离性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的制备及性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构二胺单体及聚酰亚胺的合成 |
| 6.2.1 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构二胺单体的合成 |
| 6.2.2 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的合成 |
| 6.2.3 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺薄膜的制备 |
| 6.3 结果和讨论 |
| 6.3.1 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构单体的合成和结构表征 |
| 6.3.2 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的合成和结构表征 |
| 6.3.3 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的热性能 |
| 6.3.4 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的溶解性能 |
| 6.3.5 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的XRD测试 |
| 6.3.6 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的自由体积分数 |
| 6.3.7 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的氮气吸附解吸附 |
| 6.3.8 含螺二(3-甲基苯并二氢吡喃)结构聚酰亚胺的气体分离性能 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间科研成果 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（6）膜接触法捕集生物质气CO2的研究进展（论文提纲范文）
| 1 生物质气 (Biomass gas) |
| 2 气液膜接触技术 (Gas-liquid membrane contactor technology) |
| 2.1 膜材料 |
| 2.1.1 无机膜 |
| (1)陶瓷膜 |
| (2)碳分子筛膜 |
| 2.1.2 有机聚合膜 |
| (1)有机微孔聚合物膜 |
| 2.1.3 混合基质膜 |
| 2.1.4 固定载体膜 |
| 2.2 膜润湿现象 |
| 2.3 吸收剂 |
| 2.4 工艺条件对CO2分离性能的影响 |
| (1) 压力 |
| (2) 温度 |
| (3) 气液相流速 |
| (4) 膜接触器结构 |
| 3 结语 (Conclusion) |
（7）计算化学在分子筛膜的气体传递性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 首字母缩写列表(英文) |
| 引言 |
| 1 计算化学方法及发展简述 |
| 1.1 计算化学概述 |
| 1.2 中国理论与计算化学发展简述 |
| 1.3 计算化学主要方法及概念 |
| 1.3.1 量子力学方法(Quantum mechanics method,QM) |
| 1.3.2 分子力学方法(Molecular mechanics method,MM) |
| 1.4 两种主要模拟技术:分子动力学方法和蒙特卡罗方法 |
| 1.4.1 分子动力学(Molecular dynamics,MD)方法 |
| 1.4.2 蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)方法 |
| 1.5 系综(Ensemble) |
| 1.6 膜分离技术 |
| 1.6.1 多孔膜分离材料 |
| 1.7 多孔材料的理论研究简史 |
| 2 双控面非平衡分子动力学DCP-NEMD方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数值模拟方法 |
| 2.2.1 Verlet算法 |
| 2.2.2 预测–校正算法(Predictor–corrector algorithm) |
| 2.3 周期性边界条件(Periodic boundary condition,PBC) |
| 2.4 径向分布函数(Radial distribution function,RDF) |
| 2.5 熔融淬火法(Melt-quenching Method) |
| 2.6 客体分子在微孔材料的渗透行为 |
| 2.6.1 自扩散系数(Self-diffusivity) |
| 2.6.2 菲克扩散系数(Fickian diffusivity) |
| 2.6.3 校正扩散系数(Corrected diffusivity) |
| 2.6.4 麦克斯韦-斯蒂芬扩散系数(Maxwell-Stefan,MS diffusivity) |
| 2.7 本章小结 |
| 3 CMSMs气体分离特性与机制的分子模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CMSMs建模 |
| 3.2.1 CMSMs建模依据 |
| 3.2.2 模型合理性考察 |
| 3.3 低密度CMSMs温度、能量、键角的考察 |
| 3.4 小分子气体通过CMSMs的渗透特性 |
| 3.4.1 渗透速率模型 |
| 3.4.2 小分子气体在CMSMs中渗透特性研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 CAU-1 膜气体渗透特性与机制的计算化学研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 CAU-1 构型与形貌 |
| 4.2.1 布拉维点阵(Bravais Lattice) |
| 4.2.2 CAU-1 晶习模拟 |
| 4.2.3 CAU-1 单晶解析初始分子结构 |
| 4.2.4 CAU-1 膜建模 |
| 4.3 CAU-1 膜气体渗透特性与机制的DCP-NEMD模拟研究 |
| 4.3.1 范德华相互作用 |
| 4.3.2 CAU-1 原子电荷计算 |
| 4.3.3 范德华表面静电势图 |
| 4.3.4 单组分气体渗透通过CAU-1 膜的DCP-NEMD模拟 |
| 4.3.5 CO_2等二元混合气体渗透通过CAU-1 膜的DCP-NEMD模拟 |
| 4.3.6 Kr/Xe二元混合气体渗透通过CAU-1 膜的DCP-NEMD模拟 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）高渗透性复合膜的制备及生物质气体燃料分离性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 生物质能源开发技术 |
| 1.1.1 生物质液化 |
| 1.1.2 生物质气化 |
| 1.2 气体分离技术 |
| 1.2.1 深冷分离技术 |
| 1.2.2 吸附分离技术 |
| 1.2.3 溶液溶解吸收技术 |
| 1.2.4 膜分离技术 |
| 1.3 气体分离膜 |
| 1.3.1 膜分离机理 |
| 1.3.2 膜材料选择 |
| 1.3.2.1 无机膜 |
| 1.3.2.2 高分子膜 |
| 1.3.2.3 有机无机复合膜 |
| 1.3.3 二维材料膜 |
| 1.4 纤维素基气体分离膜 |
| 1.4.1 纤维素简介 |
| 1.4.2 纤维素溶解的体系及纳米纤维素 |
| 1.4.2.1 黏胶法 |
| 1.4.2.2 NMMO/H_2O溶剂体系 |
| 1.4.2.3 LiCl/DMAc溶剂体系 |
| 1.4.2.4 高浓度无机盐溶液体系 |
| 1.4.2.5 碱/尿素或硫脲/水溶剂体系 |
| 1.4.2.6 纳米纤维素的简介 |
| 1.4.3 纤维素基气体分离膜 |
| 1.5 本文的研究意义和主要研究内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 主要研究内容 |
| 第二章 GO/UiO-66-NH_2复合膜用于H_2纯化分离 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验原料及仪器 |
| 2.2.1 实验原料及药品 |
| 2.2.2 实验仪器 |
| 2.3 材料与复合膜的制备 |
| 2.3.1 GO的制备 |
| 2.3.2 UiO-66-NH_2的合成 |
| 2.3.3 GO/UiO-66-NH_2复合膜的制备 |
| 2.4 样品表征及气体分离测试 |
| 2.4.1 样品表征 |
| 2.4.2 气体分离测试 |
| 2.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析 |
| 2.5.1 UiO-66-NH_2的表征 |
| 2.5.2 GO的表征 |
| 2.5.3 GO/UiO-66-NH_2复合膜的表征 |
| 2.5.4 GO/UiO-66-NH_2复合膜的气体分离测试结果 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 石墨相氮化碳/GO复合膜用于H_2纯化分离 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验原料及仪器 |
| 3.2.1 实验原料及药品 |
| 3.2.2 实验仪器 |
| 3.3 材料与复合膜的制备 |
| 3.3.1 g-C_3N_4的制备与质子化 |
| 3.3.2 g-C_3N_4/GO复合膜的制备 |
| 3.4 样品表征及气体分离测试 |
| 3.4.1 样品表征 |
| 3.4.2 气体分离测试 |
| 3.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析 |
| 3.5.1 g-C_3N_4的表征 |
| 3.5.2 g-C_3N_4/GO复合膜的表征 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 氨基功能化MOFs@GO作为填料在混合基质膜中选择性分离CO_2 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验原料及仪器 |
| 4.2.1 实验原料及药品 |
| 4.2.2 实验仪器 |
| 4.3 材料与复合膜的制备 |
| 4.3.1 UiO-66-NH_2@GO的制备 |
| 4.3.2 UiO-66-NH_2@GO复合膜的制备 |
| 4.4 样品表征及气体分离测试 |
| 4.4.1 样品表征 |
| 4.4.2 气体分离测试 |
| 4.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析 |
| 4.5.1 UiO-66-NH_2@GO的表征 |
| 4.5.2 UiO-66-NH_2@GO-PI复合膜的表征 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 BPPO辅助制备UiO-66-NH_2/BPPO/PES杂化基质膜增强CO_2分离性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验原料及仪器 |
| 5.2.1 实验原料及药品 |
| 5.2.2 实验仪器 |
| 5.3 材料与复合膜的制备 |
| 5.3.1 UiO-66-NH_2的制备 |
| 5.3.2 UiO-66-NH_2/BPPO/PES复合膜的制备 |
| 5.4 样品表征及气体分离测试 |
| 5.4.1 样品表征 |
| 5.4.2 气体分离测试 |
| 5.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析 |
| 5.5.1 UiO-66-NH_2的表征 |
| 5.5.2 UiO-66-NH_2/BPPO/PES复合膜的表征 |
| 5.5.3 UiO-66-NH_2/BPPO/PES复合膜的气体分离性能 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 原位生长ZIF-8@CNF制备CO_2气体分离膜 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验原料及仪器 |
| 6.2.1 实验原料及药品 |
| 6.2.2 实验仪器 |
| 6.3 材料与复合膜的制备 |
| 6.3.1 原位生长ZIF-8@CNF |
| 6.3.2 ZIF-8@CNF复合膜的制备 |
| 6.4 样品表征及气体分离测试 |
| 6.4.1 样品表征 |
| 6.4.2 气体分离测试 |
| 6.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析 |
| 6.5.1 CNF的表征 |
| 6.5.2 ZIF-8@CNF复合膜的表征 |
| 6.5.3 ZIF-8@CNF复合膜的气体分离性能 |
| 6.6 小结 |
| 第七章 CNF-NH_2/UiO-66 促进CO_2传递复合膜 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验原料及仪器 |
| 7.2.1 实验原料及药品 |
| 7.2.2 实验仪器 |
| 7.3 材料与复合膜的制备 |
| 7.3.1 CNF-NH_2的制备 |
| 7.3.2 CNF-NH_2/UiO-66 复合膜的制备 |
| 7.4 样品表征及气体分离测试 |
| 7.4.1 样品表征 |
| 7.4.2 气体分离测试 |
| 7.5 样品表征及膜气体分离测试结果分析 |
| 7.5.1 CNF-NH_2的表征 |
| 7.5.2 CNF-NH_2/UiO-66 复合膜的表征 |
| 7.5.3 CNF-NH_2/UiO-66 复合膜的气体分离性能 |
| 7.6 小结 |
| 第八章 结论、主要创新点和展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 主要创新点 |
| 8.3 展望 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 参考文献 |
（9）金属有机框架膜的结构调控及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 膜分离发展历程及其分离机理 |
| 1.2.1 膜的种类 |
| 1.2.2 膜分离机理及膜材料要求 |
| 1.3 MOF膜的分类 |
| 1.3.1 纯相MOF膜 |
| 1.3.2 双金属、双配体MOF膜 |
| 1.3.3 MOF与其他多孔材料复合膜 |
| 1.3.4 混合基质膜(MMM) |
| 1.4 多晶MOF膜的制备方法 |
| 1.4.1 原位溶剂热法 |
| 1.4.2 二次晶种生长法 |
| 1.4.3 逐层生长法 |
| 1.4.4 反扩散法 |
| 1.4.5 微波法 |
| 1.4.6 气相转换法 |
| 1.4.7 快速电流驱动法 |
| 1.5 多晶MOF膜在分离中的应用 |
| 1.5.1 H_2纯化 |
| 1.5.2 CO_2/CH_4分离 |
| 1.5.3 C_3H_6/C_3H_8分离 |
| 1.5.4 离子分离 |
| 1.5.5 有机溶剂的分离 |
| 1.5.6 油水分离 |
| 1.6 多晶MOF膜的发展挑战及解决方法 |
| 1.6.1 柔性特性 |
| 1.6.2 限制多晶MOF膜柔性的方法 |
| 1.6.3 晶格缺陷 |
| 1.6.4 膜缺陷修复的常规方法 |
| 1.7 本论文的选题依据和研究思路 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料及所用仪器设备 |
| 2.3 膜微观结构表征手段 |
| 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.2 X射线衍射(XRD) |
| 2.3.3 衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-IR) |
| 2.3.4 拉曼光谱(Raman) |
| 2.3.5 核磁共振波谱(NMR) |
| 2.3.6 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS) |
| 2.4 MOF膜气体分离性能测试 |
| 第三章 混合配体策略制备孔径可调的刚性MOF膜用于CO_2/CH_4 分离 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 双配体ZIF-7_x-8膜的合成 |
| 3.2.2 1H NMR检测双配体ZIF-7_x-8 膜中两种配体的比例 |
| 3.2.3 双配体ZIF-7_x-8膜的微观结构表征 |
| 3.2.4 双配体ZIF-7_x-8膜的气体分离性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 双配体ZIF-7_x-8膜的微观结构和晶体结构分析 |
| 3.3.2 计算模拟双配体ZIF-7_x-8膜的有效孔径 |
| 3.3.3 双配体ZIF-7_x-8膜的气体分离性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 混合金属策略制备定向MOF膜用于C_3H_6/C_3H_8 分离 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜的合成 |
| 4.2.2 ICP-MS检测双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜中两种金属离子的比例 |
| 4.2.3 双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜的微观结构表征 |
| 4.2.4 双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜气体分离性能测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜的结构组成分析 |
| 4.3.2 双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜的微观结构分析 |
| 4.3.3 柔性对双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜气体分离性能的影响 |
| 4.3.4 晶界结构对双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜气体分离性能的影响 |
| 4.3.5 柔性和晶界结构的共同作用对双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜气体分离性能的影响 |
| 4.3.6 双金属Zn_(100-x)Co_x-ZIF膜的气体分离性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（10）碳分子筛膜的设计制备及气体分离性能评价（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 引言 |
| 第1章 文献综述 |
| 1.1 气体膜分离技术 |
| 1.2 常用膜材料 |
| 1.3 碳分子筛膜 |
| 1.3.1 概念及特点 |
| 1.3.2 分离机理 |
| 1.3.3 制备工艺及优化 |
| 1.4 碳分子筛膜的应用及研究进展 |
| 1.4.1 前体膜材料的开发 |
| 1.4.2 碳分子筛膜现存问题 |
| 1.5 本课题研究意义及研究内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第2章 实验部分 |
| 2.1 实验药品及仪器 |
| 2.2 膜的制备 |
| 2.2.1 ZIF-8 与聚合物的制备及成膜 |
| 2.2.2 聚合物膜的交联及碳分子筛膜的制备 |
| 2.3 表征及测试 |
| 2.4 气体分离性能测试 |
| 2.4.1 气体渗透性能测试装置 |
| 2.4.2 气体分离膜性能的评价 |
| 第3章 6FDA-6FpDA:DABA碳分子筛膜表征及气体分离性能研究 |
| 3.1 结构与性能表征 |
| 3.1.1 TGA |
| 3.1.2 结构表征 |
| 3.1.3 XPS |
| 3.2 CO_2吸附与孔径分布 |
| 3.3 气体分离性能研究 |
| 3.3.1 预交联对气体分离性能影响 |
| 3.3.2 热解终温对气体分离性能影响 |
| 3.3.3 DABA摩尔分率对气体分离性能影响 |
| 3.3.4 Zn~(2+)功能化对气体分离性能影响 |
| 3.3.5 混合气渗透测试 |
| 3.3.6 老化研究 |
| 3.3.7 聚合物upper-bound图对比分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于6FBI/ZIF-8 碳分子筛膜的表征及气体分离性能研究 |
| 4.1 结构与性能表征 |
| 4.1.1 TGA |
| 4.1.2 结构表征 |
| 4.2 热退火对前体膜气体分离性能的影响 |
| 4.3 碳分子筛膜气体分离性能 |
| 4.4 聚合物upper-bound图对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、碳分子筛膜气体分离机理模拟的研究进展（论文参考文献）
- [1]面向氧氮分离的聚醚嵌段聚酰胺磁性膜制备及性能研究[D]. 康雪婷. 江南大学, 2021(01)
- [2]Kapton中空纤维和碳分子筛气体分离膜的制备方法研究[D]. 杨锐. 北京化工大学, 2021
- [3]含苯基联嘧啶和二螺芴蒽结构的自具微孔聚合物的制备及其性能研究[D]. 韩小崔. 吉林大学, 2021(01)
- [4]PEBA三元混合基质膜的制备及CO2分离性能研究[D]. 贺丰洋. 西北民族大学, 2021(08)
- [5]含螺二（苯并环烷）结构的聚酰亚胺制备及气体分离性能研究[D]. 王书丽. 吉林大学, 2021(01)
- [6]膜接触法捕集生物质气CO2的研究进展[J]. 鹿莎莎,黄川,申亚栋,葛春玲,王里奥. 环境化学, 2021(04)
- [7]计算化学在分子筛膜的气体传递性质研究[D]. 翟明明. 大连理工大学, 2021(01)
- [8]高渗透性复合膜的制备及生物质气体燃料分离性能研究[D]. 贾明民. 南京林业大学, 2020
- [9]金属有机框架膜的结构调控及性能研究[D]. 侯倩倩. 华南理工大学, 2020
- [10]碳分子筛膜的设计制备及气体分离性能评价[D]. 王启祥. 中国石油大学(北京), 2020