含芳基咪唑结构的热致重排膜的制备与气体分离应用研究

作     者：陈元林 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖国勇;鲁云华

授予年度：2023年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：四芳基咪唑结构 聚酰亚胺 热重排 结构与性能 气体分离 

摘      要：随着工业化进程的加速,空气污染问题日益严重,利用气体膜分离技术对污染物进行分离、回收和再利用已显示出独特的技术优势。膜材料是膜分离技术的核心,开发新型膜材料以提高气体的分离效率,一直是气体分离领域的研究热点。特别地,以含羟基聚酰亚胺（PI）为前驱体经热处理得到的热重排（TR）聚合物膜因具有独特的微孔结构,已经吸引了研究人员的广泛关注。因此,本论文设计并合成了两种含有四芳基咪唑结构的新型二胺单体,并通过均聚或共聚的方法调控膜材料的结构和性能,使其表现出良好的气体分离性能。本论文的主要研究内容包括以下四个部分:（1）合成新型二胺单体4,4’-[4,5-二苯基-（3-羟基-4-氨基苯氧基）苯基]咪唑（PMAPPP）,并分别与五种二酐聚合,制备了五种基于四芳基咪唑结构的含邻羟基聚酰亚胺前驱体（PI）,并进行进一步热重排反应,制备出相应的热重排聚合物膜。结果表明:热重排膜TR-6FDA的气体分离性能最优,渗透通量分别为H（284.34 Barrer）、CO（269.31 Barrer）、O（62.75 Barrer）和N（10.67 Barrer）,选择性分别为CO/N（25.24）、O/N（5.88）和H/N（26.59）。（2）采用9,9’-双（3-氨基-4-羟基苯基）芴（BAHPF）、PMAPPP与六氟二酐（6FDA）进行共聚,制备了不同摩尔比的共聚物膜。再通过热重排（450℃）反应,得到相应的热重排共聚合物膜。气体渗透数据表明,co TR（PMAPPP-BAHPF-6FDA）-（4:6）的通量最大,分别为H（272.12 Barrer）、CO（265.98 Barrer）、O（50.11 Barrer）和N（5.01 Barrer）,选择性分别为CO/N（52.44）和O/N（9.88）。（3）合成新型二胺单体4,4’-[4,5-二苯基-（3-羟基-4-氨基苯基）]咪唑（DMAP）,通过不同方法（两步法、一步高温法）在同一共聚配比下,将DMAP、6FAP与6FDA共聚制备出两种共聚物TS（PI-DF）-8:2和HT（PI-DF）-8:2,450℃热重排后得到共聚物膜TS（TR-DF）-8:2和HT（TR-DF）-8:2。研究表明,一步高温法制备出的热重排共聚物膜性能更好。（4）采用3,3’-二氨基酚酞（DAPP）、PMAPPP与6FDA进行共聚,制备了不同摩尔比例的co PI（PMAPPP-DAPP-6FDA）膜,通过进一步热重排（450℃）反应,得到相应的热重排聚合物膜co TR（PMAPPP-DAPP-6FDA）。其中,co TR（PMAPPP-DAPP-6FDA）-（6:4）的气体分离性能最优,通量分别为H（318.8Barrer）、CO（220.4 Barrer）、O（49.20 Barrer）和N（7.28 Barrer）。