多壁碳纳米管/聚氨酯杂化膜及其分离性能研究

【摘要】碳纳米管具有独特的结构和优异的性能,尤其是在机械强度和热学性能方面表现优异,能够提高分离膜性能。本文采用化学修饰的方法,通过混酸处理及胺化反应获得将羧基化和胺基化的多壁碳纳米管,进而通过原位聚合法制备多壁碳纳米管/聚氨酯杂化膜。研究了杂化膜的苯、环己烷的吸附溶胀性能和CO2、N2的渗透性能研究。主要研究内容包括如下：选用不同长度的多壁碳纳米管,分别通过HNO3/H2SO4混酸和4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)接枝反应获得功能化的多壁碳纳米管。采用红外光谱、拉曼光谱、扫面电镜和透射电镜,对功能化碳纳米管的结构及其在溶剂中的分散性进行分析表征。结果发现：混酸处理后的多壁碳纳米管在溶剂中的分散性明显提高,进一步通过接枝反应获得的胺功能化多壁碳纳米管的分散性又明显提高；另一方面,功能化的短段碳纳米管的分散性又优于功能化的长段碳纳米管。通过原位聚合法制备碳纳米管/聚氨酯杂化膜。分别研究了不同功能化的多壁碳纳米管、不同长度的多壁碳纳米管及不同二醇单体结构对杂化膜的结构和性能的影响。通过扫描电镜和透射电镜观察得到：①胺化后的碳纳米管在杂化膜内的分散性要优于酸化碳纳米管在杂化膜中的分散性；②短段碳纳米管在杂化膜中的分散性要优于长段碳纳米管在杂化膜中分散性；③二醇单体链长的增加,导致杂化膜中碳纳米管的分散性有所降低。通过对杂化膜的苯、环己烷吸附溶胀性能,Fick扩散系数、气体分离性能等研究发现：①胺化碳纳米管/聚氨酯杂化膜在苯/环已烷选择性、Fick扩散系数及CO2/N2选择分离性方面均要高于酸化碳纳米管/聚氨酯杂化膜；②短段碳纳米管/聚氨酯杂化膜在苯/环己烷选择性、Fick扩散系数及CO2/N2选择分离性方面均要高于长段碳纳米管/聚氨酯杂化膜；③二醇单体链长的增加,能够提高杂化膜的苯、环己烷吸附溶胀性能和气体渗透性能,却会降低杂化膜在苯/环已烷选择性Fick扩散系数及CO2/N2选择分离性能。
【作者】丁龙飞；
【导师】吴礼光；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】碳纳米管；聚氨酯；杂化膜；气体分离；

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