超分子轮烷构型聚酰亚胺-离子液体CO2分离膜的构筑与研究
结题报告
批准号:
21506160
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
赵红永
依托单位:
学科分类:
B0804.分离工程
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈凯迪、杨平平、杨晶晶、康特
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中文摘要
在化工、能源与环境等相关领域中,采用膜技术规模化分离捕集CO2已经成为一项重要的化工过程。目前,CO2分离膜材料的研究与发展已明显滞后于CO2膜分离的整体发展与应用。本课题基于溶解-扩散理论与超分子轮烷结构的特点,针对改善与增强聚酰亚胺膜材料的CO2溶解性与溶解选择性所面临的问题与挑战,从超分子角度出发提出新思路,采用轮烷方式将对CO2有强吸附作用的离子液体与聚酰亚胺相结合构筑新型的聚轮烷超分子膜材料。考察离子液体固定化的具体方式与技术,探讨调节和控制聚轮烷膜结构的方法及其成膜特性与成膜机理,建立聚轮烷超分子膜材料的功能设计原理和分子设计合成方法的研究体系。揭示聚轮烷中离子液体对CO2的吸附与传递机理以及与CO2渗透组分的相互作用规律。为研究开发具有高CO2渗透性与选择性的聚轮烷超分子膜材料提供有效途径,在基础理论研究和实际应用领域都具有重要价值与意义。
英文摘要
The scale remove of CO2 by membrane technology is an important chemical engineering process in chemical, energy and environment related field. Currently, the research and development of membrane materials for CO2 separation are lagging behind the whole development and application of CO2 membrane separation. In this topic, according to the solution-diffusion theory and characteristics of the supramolecular rotaxane structure, aiming at the problems and challenges of improving and enhancing the CO2 solubility and solubility selectivity of polyimide membrane materials, and presenting a new thoughts from viewpoints of supramolecular, the novel polyrotaxane supramolecular membrane materials consisting of ionic liquids with strong adsorption to CO2 and polyimide are prepared. The specific method and technology of immobilizing ionic liquids are investigated. The methods of adjusting and controlling the structure of polyrotaxane membranes are investigated. The property and mechanism of forming membranes are also investigated. The researching system on the principle of functional designing and the method of molecular designing and synthesizing are established based on the polyrotaxane supramolecular membrane materials. The mechanism of CO2 adsorption and transport and the interaction rules of CO2 in the ionic liquids are investigated in the polyrotaxane. It provides an effective way to research and explore the polyrotaxane supramolecular membrane materials with excellent CO2 permeability and selectivity. It displays the important value and significance in the research of basic theory and the practical applications.
在化工、能源与环境等相关领域中,采用膜技术规模化分离捕集CO2已经成为一项重要的化工过程。目前,CO2分离膜材料的研究与发展明显滞后于CO2膜分离的整体发展与应用。.本项目基于溶解-扩散理论与超分子轮烷结构的特点,采用轮烷方式将对CO2有强吸附作用的离子液体与聚酰亚胺相结合构筑新型的聚轮烷超分子膜材料。制备了三种含有离子液体的贝塔环糊精衍生物盐,考察了超分子化包合作用的具体方式与技术,将其分别包合在短链段的二苯醚二胺与长链段的聚氧化乙烯二胺上制备了六种含有贝塔环糊精改性离子液体的二胺包合物单体,然后将其分别与具有常规空间结构的六氟二酐以及具有较大立体空间构型的三叠烯二酐结合通过两步法制备了四大类十六种含有离子液体的聚酰亚胺类聚轮烷膜材料。.实验结果表明:引入含有离子液体的贝塔环糊精衍生物盐的聚酰亚胺类聚轮烷膜的CO2渗透性得到一定的提高,主要在于其CO2吸附能力的提高,其中离子液体六点位全取代的贝塔环糊精衍生物盐能更好的提高聚酰亚胺膜材料的CO2渗透性和CO2/N2选择性。其中在以六氟酸酐为基础的聚酰亚胺中,贝塔环糊精衍生物盐的引入使其CO2的渗透性从25.8 Barrer提高到了79 Barrer,CO2/N2的选择性由原来的28提高到了36.6。但同时也发现贝塔环糊精衍生物盐在空间构型的较小的六氟酸酐的聚酰亚胺中,CO2的渗透性虽有较大的提高,但是CO2/N2的选择性并没有预先所构想的大幅提高,且其整体的CO2渗透性(79 Barrer)和CO2/N2(36.6)选择性的综合性能远未达到预期。这可能由于链段空间较小的固态环境下,聚轮烷中的贝塔环糊精衍生物盐并未进行真正意义上转动与移动来提高CO2的传输,仅仅是增强了对CO2的吸附。与其相比,在具有大的空间构型的以三叠烯为基础的聚酰亚中引入贝塔环糊精衍生物盐,CO2的气体渗透新与CO2/N2的选择性均得到提高,其中CO2/N2的分离系数最高达到67,高于目前最典型的溶解选择性CO2膜材料—聚氧化乙烯类膜的CO2/N2的选择性(~45)。这是因为三叠烯所提供的大的空间结构使得环糊精衍生物盐有一定程度的转动与移动进而提高了对CO2的传输速度。整体来说项目所合成的聚酰亚胺类聚轮烷膜材料具有较高的CO2渗透性与高的CO2/N2分离系数,在CO2分离领域有一定的应用潜力。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1080/01496395.2017.1380667
发表时间:2018
期刊:Separation Science and Technology (Philadelphia)
影响因子:--
作者:Zhao Hongyong;Kang Changyong;Ding Xiaoli;Wang Ran;Tan Xiaoyao;Zhang Yuzhong
通讯作者:Zhang Yuzhong
DOI:10.1016/j.cjche.2018.03.009
发表时间:2018-12
期刊:Chinese Journal of Chemical Engineering
影响因子:3.8
作者:Zhao Hongyong;Feng Lizhong;Ding Xiaoli;Tan Xiaoyao;Zhang Yuzhong
通讯作者:Zhang Yuzhong
Enhancing gas permeation and separation performance of polymeric membrane by incorporating hollow polyamide nanoparticles with dense shell
通过掺入具有致密壳的空心聚酰胺纳米粒子来增强聚合物膜的气体渗透和分离性能
DOI:10.1016/j.memsci.2018.10.033
发表时间:2019-01-15
期刊:JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE
影响因子:9.5
作者:Ding, Xiaoli;Tan, Fangfang;Zhang, Yuzhong
通讯作者:Zhang, Yuzhong
DOI:10.1016/j.memsci.2018.07.075
发表时间:2018-10
期刊:Journal of Membrane Science
影响因子:9.5
作者:Hongyong Zhao;Lizhong Feng;Xiaoli Ding;Yun Zhao;X. Tan;Yuzhong Zhang
通讯作者:Hongyong Zhao;Lizhong Feng;Xiaoli Ding;Yun Zhao;X. Tan;Yuzhong Zhang
DOI:10.1016/j.cjche.2017.07.017
发表时间:2018
期刊:Chinese Journal of Chemical Engineering
影响因子:3.8
作者:Ding Xiaoli;Li Xu;Zhao Hongyong;Wang Ran;Zhao Runqing;Li Hong;Zhang Yuzhong
通讯作者:Zhang Yuzhong
聚合物/(功能化氨基酸离子液体@聚合物(核-壳)复合纳米微球)混合基质膜的构筑及其CO2分离性能研究
  • 批准号:
    21978214
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    赵红永
  • 依托单位:
国内基金
海外基金