碳分子筛(CMS)填充膜的制备与渗透汽化性能研究的开题报告.docx

聚醚共聚乙酰胺(PEBA)/碳分子筛(CMS)填充膜的制备与渗透汽化性能研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着人们对清洁能源的需求不断增加，氢能源作为一种代表未来发展方向的能源，受到越来越多的关注。其中，氢气的制备和储存是氢能源体系中的重要问题。目前，氢气制备的主要方式为水蒸气重整法和甲烷重整法。在这些方法中，甲烷重整法因为其低成本、高效率、便捷等特点，逐渐成为了制备氢气的主要途径。
甲烷重整法中产生的氢气需要经过一定的净化和分离，而常用的方法为膜分离技术。膜分离技术具有工艺简单、环境友好、能源消耗低等优势，其中氢气选择性较好的聚合物膜被广泛应用。然而，传统的聚合物膜在高温下易发生不可逆性透气性损失，且在分离过程中易受到溶剂和气体分子的侵蚀而导致性能的降低。
因此，开发一种高性能的氢气分离膜具有重要的应用价值和科学意义。聚醚共聚乙酰胺(PEBA)在近年来被广泛研究，其具有良好的热稳定性、耐化学性、机械性能和选择性能。与此同时，碳分子筛(CMS)由于具有大孔径、高比表面积、稳定性好等特点，已被广泛应用于催化、吸附、膜分离等领域。
本研究计划将PEBA与CMS相结合，制备一种新型的聚合物填充膜，并研究其分离氢气的性能及影响因素。该研究可以为氢气制备和分离提供一种高性能、低成本的解决方案，同时具有一定的理论和实践价值。
二、研究方案和步骤
1.实验材料和设备
聚醚共聚乙酰胺(PEBA)、碳分子筛(CMS)、甲烷、氢气、二甲苯等。
分子筛筛分仪(CLSA-100,ShanghaiBameiInstrumentCo.,Ltd.)、拉曼光谱仪(RM-100,RenishawCompany)、紫外-可见光谱仪(UV-2600,Shimadzu,Japan)等。
2.制备方法
(1)PEBA/CMS复合材料的制备
将一定量的PEBA溶于二甲苯中，加入适量的CMS，经过搅拌和超声处理后，通过旋涂或浸渍等方法制备成膜。
(2)氢气选择性性能测试
利用自制的膜气分离实验装置，对PEBA/CMS复合膜和纯PEBA膜进行氢气分离性能测试。测试条件为温度为25℃，压力差为1bar。同时，利用拉曼光谱和紫外光谱对PEBA/CMS复合材料进行表征。
3.研究步骤
(1)选取不同比例的PEBA和CMS制备复合材料。
(2)对不同比例的复合材料进行膜分离实验，测试其氢气选择性性能。
(3)通过拉曼光谱和紫外光谱对复合材料的结构和性质进行表征，研究其对氢气选择性性能的影响。
(4)分析复合膜的微观结构和组成，研究其对氢气选择性性能的影响。
(5)优化PEBA和CMS的质量比例，进一步提高复合膜的氢气选择性性能。
三、预期研究结果和创新点
预期实现具有一定氢气选择性的PEBA/CMS复合材料的制备，并且通过测试和表征探究复合膜的微观结构和组成对氢气选择性性能的影响。本研究具有以下创新点：
1.利用CMS填充PEBA制备膜，扩大了用于氢气分离的材料选择范围。
2.通过制备不同比例的复合材料，优化复合膜的氢气选择性性能，提高了膜的分离效率和稳定性。
3.通过拉曼光谱和紫外光谱对复合材料进行表征，探究复合材料的结构和性质对氢气选择性性能的影响。
4.研究结果可为开发高性能、低成本的氢气分离膜提供新思路和解决方案，具有一定的工程应用前景。