课题基金 / 基金详情

用正电子湮没研究高分子气体分离膜的微孔结构及其对气体分离的影响机制

批准号:
12075173
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
陈志权
依托单位:
学科分类:
核分析技术及应用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈志权

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
气体膜分离技术在CO2捕获收集、H2回收、天然气净化等诸多领域都有广泛的应用。高分子膜是目前工业领域应用最广的气体分离膜。分离膜中的气体渗透率和选择性,是评价膜材料气体分离性能的主要指标,而这两个指标均与膜材料中亚纳米级的超微孔结构密切相关。然而,常规气体吸附无法准确测量这些与气体分子动力学直径相当的超微孔。本项目拟采用正电子湮没方法,系统研究高分子膜中的微孔结构对气体分离性能的影响,研究内容包括:1)发展和完善高分子气体分离膜中孔洞结构的正电子湮没表征手段,准确测量孔洞尺寸、相对浓度、连通性等;2)通过分子设计,或物理老化等手段,探索调控膜材料中微孔结构的手段,调节孔洞尺寸、相对孔隙率、孔洞连通性等;3)研究孔洞尺寸分布对膜材料气体选择性的影响,孔隙率以及孔洞连通性等对气体渗透率的影响。本项目研究成果将有助于深入理解气体在高分子膜中的扩散机制,为提高膜材料的气体分离性能提供理论指导。
英文摘要
Membrane gas separation has intensive applications in many fields, such as CO2 capture, H2 recovery, natural gas purification and so on. Polymeric separation membrane is the most widely used gas separation membrane in industry. The gas permeability and selectivity in separation membrane are the main parameters to evaluate the gas separation performance, which are closely related to the ultramicropore structure in the membrane materials. However, conventional nitrogen adsorption/desorption cannot accurately measure these ultramicropores with size close to the kinetic diameter of gas molecules. In this project, we will use positron annihilation spectroscopy to systematically study the influence of micropore structure on the gas separation performance of polymer membrane. The research contents include: 1) Develop the positron annihilation spectroscopy as a sensitive method for the characterization of pore structures in polymeric gas separation membrane. Accurately measure the pore size, relative pore concentration, pore connectivity, etc.; 2) Explore the means of regulating the micropore structure of membrane materials through molecular design or physical aging and other methods, to adjust the pore size, relative porosity, pore connectivity, etc.; 3) Study the role of pore size distribution on gas selectivity of membrane materials, and the influence of porosity and pore connectivity on gas permeability. The research results of this project will help to understand the diffusion mechanism of gas in polymer membrane and provide theoretical guidance for improving the gas separation performance of membrane materials.
气体分离技术在工业领域中有着广泛的应用,如天然气的纯化、空气净化、空气制氧、氢气回收等。高分子气体分离膜是目前工业领域应用最广泛的气体分离膜,其气体分离性能与膜内的孔道结构密切相关。本项目以聚酰亚胺及自聚微孔聚合物膜作为典型研究对象,利用热重排,热交联,水解等手段对其自由体积结构进行了多方位调控,利用正电子湮没谱学等对其自由体积孔洞等进行了系统分析,深入研究了自由体积结构对气体渗透及分离性能的影响。项目取得的主要成果如下:1)系统研究了热重排及热交联等多种方式对聚酰亚胺膜微孔尺寸和数量的调控,证实了Robeson等人提出的气体渗透选择性与被分离气体直径有关的观点;微孔半径的减小有利于提高气体分离性能,阐明了微孔结构对聚酰亚胺膜气体渗透分离性能的影响机制;调控后得聚酰亚胺膜其H2/CH4分离能力,可以达到2008年的Robeson上限;2)通过改变聚酰亚胺中二胺及二酐得种类和比例,调控了聚合物膜的自由体积结构,优化了气体分离性能;3)对聚酰亚胺/MOFs混合基质薄膜中的界面缺陷进行了量化研究。分析了不同填料比例对气体分离性能的影响机制,发现ZIF-7和ZIF-8填料的分子筛效应能提高气体选择性,而界面缺陷会降低气体选择性;4)在碱性条件下对自具微孔聚合物PIM-1进行了不同时间水解处理。研究发现水解导致PIMs膜的自由体积大小及分数均减小,从而调节了气体渗透选择性能;5)对PIM-1进行改性得到偕胺肟基自具微孔聚合物(AOPIM-1),并在不同温度下对其进行热处理,发现热处理改变了自由体积结构,从而改善了膜的气体渗透选择性能,其中370℃下处理的AOPIM-1气体渗透选择性超过了2008年罗伯森上限。项目所取得的研究成果为分析气体在高分子膜中得渗透机理,以及探讨提高气体分离性能提供了重要理论指导。
用正电子湮没研究硫族化合物中的空位缺陷调控及其对热电性能的协同优化
  • 批准号:
    12375289
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陈志权
  • 依托单位:
用正电子湮没研究多孔热电材料的孔洞结构及其对晶格热导率的影响
  • 批准号:
    11775163
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    陈志权
  • 依托单位:
多孔催化剂孔结构及表面活性物质分散状态的正电子湮没研究
  • 批准号:
    11475130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    96.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    陈志权
  • 依托单位:
用正电子湮没谱学研究热电材料的缺陷及其对热电性能的影响
  • 批准号:
    11275143
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    陈志权
  • 依托单位:
国内基金
海外基金