添加磁性纳米粒子制备气体分离功能炭膜  被引量:2

Functional carbon membranes fabricated by doping magnetic nanoparticles for gas separation

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作  者:赵选英[1] 王同华[1] 李琳[1] 姜大伟[1] 曹义鸣[2] 

机构地区:[1]大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室,炭素材料实验室,膜科学技术研究开发中心,辽宁大连116012 [2]中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023

出  处:《现代化工》2009年第S1期257-260,共4页Modern Chemical Industry

基  金:国家自然科学基金重点项目(20776024;20836006)

摘  要:以聚酰胺酸为炭膜前驱体,分别以Fe3O4、γ-Fe2O3、Zn0.5Ni0.5Fe2O4以及二茂铁为掺杂物,经高温热解制备了4种Fe系物质掺杂的气体分离功能炭膜,对所制备的功能炭膜微结构及磁性能进行了表征。结果表明,各掺杂物在热解炭化过程中发生了物相结构的变化,其中Fe3O4和Zn0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子对前驱体起到了催化石墨化的作用。气体渗透测试结果表明,各掺杂物所制备的功能炭膜以分子筛分机理为主导进行气体分离,且气体渗透性能都有了显著的提高,特别是小分子气体H2渗透性最大提高了近48倍,Fe3O4掺杂所制备的功能炭膜,其H2、CO2、O2、N2和CH4等单组分气体的渗透系数分别达到了12194、3433、1175、136和74Barrers[1Barrer=1×10-10cm3(STP).cm/cm2.s.cmHg]。经Fe3O4、γ-Fe2O3和Zn0.5Ni0.5Fe2O4掺杂制备的功能炭膜更是提高了H2/CO2的分离选择性。Functional carbon membranes for gas separation are designed and prepared by incorporating Fe3O4,γ-Fe2O3,Zn0.5Ni0.5Fe2O4 nanoparticles into carbon membrane precursor polyimide,as well as ferrocene.The synthesized membranes are characterized.Results show that all the dopants have changed into other phase morphologies during the pyrolysis process,while Fe3O4 and Zn0.5Ni0.5Fe2O4 nanoparticles are influential in the formation of graphite-like layers.Gas permeation test results show that all the functional carbon membranes exhibite an outstanding molecular sieving capability together with high gas permeability,especially to micromolecule gas H2 whose permeability is increased by 48 times at most.The permeabilities of pure gas H2,CO2,O2,N2,CH4 in functional carbon membrane doping with Fe3O4 are 12 194,3 433,1 175,136,74 Barrers(1Barrer=1×10-10 cm3(STP)·cm/cm2·s·cmHg),respecticvely.Moreover,functional carbon membrane doping with Fe3O4,γ-Fe2O3 and Zn0.5Ni0.5Fe2O4 have an improved selectivity in seperating H2 and CO2.

关 键 词:掺杂 功能炭膜 渗透性能 气体分离 

分 类 号:TB383.1[一般工业技术—材料科学与工程]

 

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