Fe3O4掺杂制备气体分离功能炭膜

无机材料学报, 2010, 25(1): 47-52. doi: 10.3724/SP.J.1077.2010.00047

Fe3O4掺杂制备气体分离功能炭膜

赵选英 ^1, , 王同华 ^2, , 李琳 ^3, , 刘颖 ^4, , 曹义鸣 ^5,

1.大连理工大学,化工学院材料化工系,精细化工国家重点实验室,炭素材料实验室,大连,116012

2.大连理工大学,化工学院材料化工系,精细化工国家重点实验室,炭素材料实验室,大连,116012

3.大连理工大学,化工学院材料化工系,精细化工国家重点实验室,炭素材料实验室,大连,116012

4.大连理工大学,化工学院材料化工系,精细化工国家重点实验室,炭素材料实验室,大连,116012

5.中国科学院,大连化学物理研究所,大连,116023

基金项目: 国家自然科学基金面上与重点项目(20776024;20836006)

关键词：磁性 , 功能炭膜 , 气体分离 , 渗透性能

Polymide/Fe3O4-carbonized Membranes for Gas Separation

采用共混法在聚酰亚胺前驱体中引入Fe3O4纳米粒子,经高温热解炭化制备了杂化功能炭膜.采用XRD、TEM和VSM等分析方法对所制备的功能炭膜进行表征,并探讨了Fe3O4纳米粒子的掺杂量及炭化终温对功能炭膜气体分离性能的影响.结果表明,Fe3O4纳米粒子在热解炭化过程中发生了物相形态的改变,并对前驱体起到了催化石墨化的作用,使功能炭膜具有类石墨片层和乱层炭的两种炭结构形态,同时具有磁性.气体渗透实验表明,掺杂Fe3O4纳米粒子使所制备的功能炭膜具有"分子筛分"的分离特征,提高了炭膜的气体渗透性能,特别是对小分子气体H2的渗透性提高了61倍,H2/CO2的分离选择性也明显得到改善.Fe3O4的掺杂量和炭化终温对炭膜的气体分离性能有显著影响.Fe3O4添加量为20wt%的功能炭膜对H2、CO2、O2、N2和CH4等纯气体的渗透系数分别为15476、4385、1565、193和114Barrers[1 Barrer=1×10-10cm3(STP)·cm/(cm2·s·cmHg)].

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