非對稱中空纖維負載氧化石墨烯膜的制備及氣體分離性能研究.pdf

1、隨著分離技術的發(fā)展，氫氣的純化日益受到人們的關注，本課題擬基于高長徑比的陶瓷中空纖維負載氧化石墨烯膜以提高膜的強度和分離性能。為此，采用高強度的YSZ（8%Y2O3摻雜的ZrO2）基于相轉化法制備多孔中空纖維陶瓷膜，通過真空輔助的抽濾法負載超薄氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，形成GO/YSZ復合膜，GO膜厚度大約為230nm。GO片層之間的2D納米孔道及表面缺陷使此種膜具有了分子篩功能，20 oC時H2和N2兩種單組分

2、氣體的滲透能力分別為4.4×10-8和5.8×10-10 mol·m-2·s-1·Pa-1，理想分離因數高達76，而 H2/N2混合氣的分離因數為68，這是由于組分之間相互碰撞阻礙所造成的。隨著工作溫度的升高，石墨烯膜層間距加大，使N2的滲透速率增幅超過了H2，因此H2/N2分離系數在100oC僅為37，但此種膜能穩(wěn)定運轉240h，性能無衰減。基于分子篩機理，模擬了H2/N2混合氣分離過程中，氫氣的分壓、滲透量在管內的分布，結果表明，微

3、管前端（微管進氣口端），H2滲透量和氫分壓急劇增加，約5cm處變化甚微，表明微管的有效滲透區(qū)域約為5cm左右；適當增加原料氣壓力或降低滲透側壓力，都能增壓氫氣滲透量。
　　為降低制備成本和增加GO膜與基底的結合力，又選取了含Si的Al2O3中空纖維膜作基底，制備GO/Si-Al2O3復合膜（Si摻雜Al2O3負載GO膜），考察了Si含量對H2/N2混合氣體分離性能的影響。結果表明，GO/Si-Al2O3復合膜也具有較優(yōu)異的氣體選擇