果殼活性炭混合基質膜用于氣體分離

膜技術用于許多氣體分離應用，例如氫氣回收和天然氣處理。果殼活性炭具有耐磨強度好、空隙發達、吸附性能高、強度高、易再生、經濟耐用等優點，廣泛應用于生活、工業、液相吸附、水質凈化、氣相吸附。與傳統的氣體分離過程(如吸附、吸收或冷凝)相比，膜技術提供了更簡單的分離過程。果殼活性炭具有耐磨強度好、空隙發達、吸附性能高、強度高、易再生、經濟耐用等優點，廣泛應用于生活、工業、液相吸附、水質凈化、氣相吸附。這次我們用果殼活性炭制作混合基質膜，以厚膜的形式用于氣體分離，由聚合物和果殼活性炭結合而成。果殼活性炭顆粒的平均粒徑和孔徑分別為1.5m和1.9nm。通過在氯仿澆鑄溶液中緩慢蒸發溶劑，制備了不同聚合物/果殼活性炭比的膜?？梢陨a果殼活性炭含量高達50%的穩定膜。

果殼活性炭是一種優質的氣體分離材料。

　　果殼活性炭如何制成膜

以氯仿為溶劑，用果殼活性炭溶液澆鑄而成。制備了不同果殼活性炭含量的溶液，并保留了相同的聚合物用量。所得聚合物溶液的質量分數為4% 。采用溶液澆鑄法制備的膜，其果殼活性炭含量為體積的0-50% 。制備該膜的典型步驟如下: 首先，將干燥后的聚合物粉末與果殼活性炭顆粒一起溶解并分散在氯仿中，攪拌2小時。然后使用不影響聚合物分子量的超聲設備對溶液進行超聲處理。在下一步中，溶液被直接澆鑄到一個平面模具中，并且溶劑被蒸發以便在環境條件下在恒定的氮氣流中使用。干膜經甲醇處理8小時，用溶劑交換法去除氯仿殘留物。在最后一步，果殼活性炭膜在攝氏60度的真空中干燥24小時，完全去除溶劑殘留物。根據果殼活性炭的大小，薄膜的厚度在80至160米之間。

用差示掃描量熱法區分果殼活性炭含量與原始膜的差異。圖1顯示了果殼活性炭和聚合物之間的一些相互作用。因為果殼活性炭顆粒沒有被化學改性(例如，包含官能團、疏水或親水改性)，所以預計聚合物基質和果殼活性炭之間不會有強結合。結果如圖1a所示。在其他情況下，化學改性填料的加入表明，對聚合物玻璃化轉變溫度的影響主要歸因于化學鍵和氫鍵主要發生在聚合物和果殼活性炭顆粒之間的連接。值得一提的是，隨著果殼活性炭體積含量的增加，玻璃化轉變溫度升高。

圖一: 原膜及混合基質成分(a)的玻璃化現象與果殼活性炭體積含量的關系(b)。