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基于三蝶烯结构自具微孔聚酰亚胺膜的制备及气体分离性能研究的开题报告
一、研究背景及意义
在现代化社会中，人们对能源、环境与资源等问题的关注日益增加。其中，气体分离技术具有重要应用价值，可以在化学、石油等领域中实现物质的有效分离与提纯，有利于提高化工工艺的效率、减少环境污染和节约资源。现阶段，气体分离技术的发展越来越受到广泛关注，而亲疏性膜作为其中的一种分离技术手段，因其具有构造简单、稳定性高、成本低等优点，已成为当前分离领域研究的热点之一。
目前，气体分离膜主要采用的是聚合物膜，在研究中比较出名的有乙烯和四氟乙烯共聚膜、聚乙烯醇膜等。但这些膜材料普遍存在着结构不均匀、表面粗糙、气体分离性能差等问题。相对于这些聚合物膜，聚酰亚胺膜的分离性能表现更为优异，具有良好的化学稳定性和热稳定性，由于其结构独特，可通过设计合适的孔径和孔隙结构，优化其分离性能，从而更适合于气体分离领域的应用。
然而，现阶段的聚酰亚胺膜还没有达到理想的分离效果，其对氧气和氮气的分离性能好，而对其他气体的分离效果则相对较差。因此，为了研究新型膜材料的性能，提高其分离性能，实现更好的气体分离效果，开始了对以三蝶烯为基础结构的高性能聚酰亚胺膜的研究。
二、研究内容和方法
研究内容：
本研究将以以三蝶烯为基础结构的高性能聚酰亚胺膜为研究对象，研究其制备方法以及其在气体分离中的应用。具体内容如下：
1.采用分子模拟技术和理论计算方法，计算设计不同孔径和孔隙结构的聚酰亚胺膜材料；
2.采用相转移技术，将设计好的三蝶烯结构聚酰亚胺膜离子液体配合物聚合成膜；
3.测试所制备的聚酰亚胺膜材料的气体分离性能，并和目前常用的气体分离膜进行比较分析。
研究方法：
1.分子模拟技术和理论计算方法：采用分子动力学模拟软件Gromacs对三蝶烯结构聚酰亚胺膜进行分子模拟和模拟计算，并对膜材料的分子和原子之间的相互作用进行研究；
2.相转移技术：采用相转移技术，即采用聚酰亚胺前驱体与具有强磁性离子液体进行混合，制备TEMPO-TFE三蝶烯聚酰亚胺(PI)膜；
3.气体分离性能：利用旋转分配器法测定三蝶烯结构聚酰亚胺膜材料的气体分离性能，并基于文献和现有气体分离膜进行比较分析。
三、预期研究结果
本研究旨在制备以三蝶烯为基础结构的高性能聚酰亚胺膜，并研究其在气体分离中的应用。预期的研究结果如下：
1.成功制备出性能优异的三蝶烯结构聚酰亚胺膜材料；
2.以O2/N2为模型系统，比较三蝶烯结构聚酰亚胺膜材料和常用气体分离膜的差异，并查明制备的聚酰亚胺膜的气体分离机理；
3.通过对比分析，发现三蝶烯结构聚酰亚胺膜材料对CO2和CH4的分离性能较差，因此预期在未来的研究中对其结构进行优化，以提高其分离效果。
四、研究意义
本研究通过设计合适的孔径和孔隙结构，成功制备出高性能的三蝶烯结构聚酰亚胺膜，在气体分离中的应用有着很广泛的前景。因此，本研究结果对于气体分离领域具有较大的实用价值和推广应用价值，能够进一步推动相关领域的发展。此外，本研究的方法和思路可以为其他材料和膜的研究提供一定的参考和借鉴价值，有利于深入推动气体分离技术的发展与应用。