趙 晴，何少劍，林 俊，林千果

(1. 華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102206；2. 華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院，北京 102206；3.華北電力大學(xué)蘇州研究院，蘇州 215000 )

0 前言

CO2被廣泛認(rèn)為是溫室效應(yīng)的主要溫室氣體。為了實(shí)現(xiàn)CO2的減排，大力開發(fā)和利用CO2捕集與封存 (Carbon Capture and Storage, CCS)技術(shù)成為一種有廣闊前景的解決方案之一[1]。CO2捕集方法包括吸收法、吸附法和膜分離法等。其中，膜分離法作為一種新興的分離技術(shù)，具有過程簡(jiǎn)單、污染小的顯著優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為重要的碳捕集技術(shù)之一[2]。

膜材料是決定混合氣體分離效果的關(guān)鍵，包括有機(jī)材料和無機(jī)材料。有機(jī)材料制備的有機(jī)膜價(jià)格低廉易制備，但其滲透性和選擇性會(huì)相互制約；無機(jī)材料制備的無機(jī)膜耐腐蝕、耐高溫，但其力學(xué)性能差，難以大規(guī)模制備[3]。除了2種材料單獨(dú)制備氣體分離膜外，還有共混膜的制備，包括混合基質(zhì)膜和聚合物共混膜?；旌匣|(zhì)膜是由有機(jī)材料與無機(jī)材料混合制備而成，一方面可以將聚合物材料優(yōu)異的穩(wěn)定性和無機(jī)材料優(yōu)異的CO2分離性能結(jié)合起來，另一方面還可以避免純有機(jī)膜和純無機(jī)膜的缺點(diǎn)。但由于有機(jī)材料和無機(jī)材料本身具有一定的不相容性，使得在制備過程中很容易產(chǎn)生缺陷，這也限制了混合基質(zhì)膜的大規(guī)模生產(chǎn)[4]。聚合物共混膜是由2種及2種以上有機(jī)材料共混制備的氣體分離膜，將具有不同性質(zhì)的膜材料共混在一起，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，有可能可以得到綜合分離性能更為出色的膜[5]，這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、膜材料的選擇范圍廣，可調(diào)節(jié)參數(shù)多，為膜材料的改性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開辟了更大的選擇空間[6]。

Pebax是一種聚醚共聚酰胺的橡膠態(tài)高分子聚合物，由提供高氣體滲透性的聚醚段(PE)和提供機(jī)械強(qiáng)度的聚酰胺段(PA)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)式見圖1[7]。Pebax1657和Pebax2533是Pebax的2種型號(hào)，其聚醚段和聚酰胺段的比例和種類均不同。Pebax1657由60 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)聚氧乙烯(PEO)和40 %聚酰胺6(PA6)組成；Pebax2533由80 %聚環(huán)氧丁烷(PTMEO)和20 %聚酰胺12(PA12)構(gòu)成。由于Pebax含有醚氧基團(tuán)，對(duì)CO2的親和性較好[8]，與玻璃態(tài)聚合物(聚砜[9]、聚酰亞胺[10]等)相比，Pebax具有更高的氣體滲透性和柔韌性，且膜制備過程簡(jiǎn)單，因此被廣泛用于氣體分離膜的制備。Car等[11]將聚乙二醇(PEG)與Pebax1657共混制備氣體分離膜，與純Pebax1657膜相比，CO2滲透系數(shù)提高2倍，CO2/N2選擇性保持不變； Reijerkerk等[12]將Pebax1657、PEG和聚二甲基硅氧烷三者共混制備氣體分離膜，純CO2的滲透系數(shù)提高5倍，而CO2/N2選擇性下降。Scofield等[13]合成了PEG嵌段共聚五氟丙基丙烯酸酯，并將共聚物與Pebax2533共混制備分離膜，結(jié)果表明，相較于純Pebax膜，CO2滲透系數(shù)增加，但CO2/N2選擇性下降。目前關(guān)于Pebax的聚合物共混膜研究大多數(shù)是將Pebax與PEG共混，但結(jié)果并沒有打破有機(jī)膜的滲透性與選擇性之間相互制約，復(fù)合膜不能同時(shí)具有優(yōu)異的選擇性和滲透性。為了獲得綜合性能更優(yōu)異的氣體分離膜，同時(shí)提高CO2滲透性和選擇性，本文將具有高選擇性的Pebax1657與具有高滲透性的Pebax2533共混，以期結(jié)合2種材料的優(yōu)點(diǎn)，得到高滲透性和高選擇性的氣體分離膜，并對(duì)得到的氣體分離膜的結(jié)構(gòu)表征、氣體分離性能、力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。

圖1 聚醚共聚酰胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)式[7]Fig.1 Chemical structure formula of polyether copolyamide[7]

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚醚共聚酰胺，Pebax1657、Pebax2533，法國(guó)Arkema公司；

正丁醇，分析純，福晨(天津)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

集熱式恒溫磁力攪拌器，DF-101S，邦西儀器科技(上海)有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱，DH-101-1BY，天津中環(huán)電爐股份有限公司；

真空干燥箱，ZK-2BYT，天津中環(huán)電爐股份有限公司；

分析天平，ME104，梅特勒 - 托利多國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)，SU8010，日本日立公司；

X射線衍射儀(XRD)，D8 Focus X，德國(guó) Bruker AXS公司；

差示掃描量熱儀(DSC)，DSC Q2000，美國(guó)TA儀器公司；

基于捕獲阱的慢正電子束譜儀，RGM-1/APBS-2，美國(guó)First Point Inc.公司；

GTR溶解度系數(shù)·擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定裝置，GTR-1ADFE，日本株式會(huì)社阿納泰克·柳本；

萬能材料試驗(yàn)機(jī)，AI-7000S1，高鐵檢測(cè)儀器(東莞)有限公司。

1.3 樣品制備

稱取一定比例的Pebax1657與Pebax2533，并量取一定比例乙醇/水/正丁醇混合，使聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %。在單口燒瓶中回流攪拌至少4 h，確保Pebax1657與Pebax2533完全溶解；將得到的溶液抽真空脫泡后，倒入成膜的玻璃模具，放入烘箱，根據(jù)Pebax1657和Pebax2533的比例對(duì)烘箱溫度進(jìn)行調(diào)整(表1)，后放入真空烘箱進(jìn)一步去除殘留溶劑，溫度40 ℃，時(shí)間24 h；共混膜命名為P-X，其中，P 表示 Pebax，X(0、10、30、50、70、90、100)為Pebax2533在共混膜中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：如共混膜P-10指的是含有10 % Pebax2533的共混膜。

表1 Pebax1657與Pebax2533混合比例、溶劑比例及對(duì)應(yīng)的成膜溫度

Tab.1 Mixing ratio, solvent ratio and corresponding casting temperature of Pebax1657 and Pebax2533

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

拉伸性能測(cè)試：樣條寬4 mm，標(biāo)距20 mm，膜厚度用螺旋測(cè)微器測(cè)定，拉伸速度10 mm/min；

SEM分析：將樣品在液氮中脆斷，然后利用離子濺射儀進(jìn)行噴金，后利用SEM進(jìn)行觀測(cè)；

XRD分析：λ=0.154 06 nm，掃描范圍為5 °～70 °，掃描速度為5(° )/min,膜中高分子的鏈間距d可以利用XRD的結(jié)果，根據(jù)Bragg方程計(jì)算得出：

d=λ/2sinθ

(1)

式中λ——X射線的波長(zhǎng)，nm

θ——衍射角度，°

DSC分析：測(cè)試樣品質(zhì)量為3 mg左右；測(cè)試溫度范圍為： -90～250～-90 ℃，變溫速率為：10 ℃/min；使用N2吹掃，N2速率為50 mL/min；

正電子湮沒壽命譜技術(shù)：測(cè)試樣品長(zhǎng)寬要求為1 cm×1 cm，厚度為1 mm 左右；將2片樣品和一片放射源呈“三明治”夾心結(jié)構(gòu)放置，測(cè)量其正電子壽命；自由體積孔穴半徑r與正電子壽命τ的關(guān)系式為：

(2)

式中 Δr——球形勢(shì)阱外所覆蓋的電子層的厚度，Δr=0.165 6 nm

膜的表觀自由體積分?jǐn)?shù)Vff按式(3)計(jì)算：

(3)

式中I3——第三壽命譜的湮沒強(qiáng)度

密度測(cè)試：利用阿基米德原理進(jìn)行膜的密度測(cè)試，通過稱量樣品在空氣和已知密度的輔助液體中的質(zhì)量計(jì)算共混膜密度，本文輔助液體為正庚烷，其密度為0.685 g/cm3,通過式(4)計(jì)算：

(4)

式中m1——樣品在空氣中的質(zhì)量，g

m2——樣品在輔助液體中的質(zhì)量，g

ρ0——輔助液體密度，g/cm3

氣體滲透性能測(cè)試：本文主要是針對(duì)CO2/N2的氣體分離，測(cè)試膜對(duì)CO2和N2的滲透性，采用定容變壓法，低壓側(cè)體積維持在24 mL，氣源為純氣。測(cè)試溫度為25 ℃，所有氣體測(cè)試壓力為0.2 MPa；每張膜測(cè)試重復(fù)3次，對(duì)不同比例的混合膜測(cè)試2個(gè)膜樣品；膜的氣體滲透性能由滲透性和選擇性評(píng)價(jià)，膜的氣體滲透性由以式(5)計(jì)算：

(5)

式中P——?dú)怏w滲透系數(shù)，1 Barrer=10-10cm3(STP)·cm/(cm2·s·cmHg)

dp/dt——單位時(shí)間內(nèi)的壓力變化，atm/s

V——低壓側(cè)體積，cm3

l——膜的厚度，cm

A——測(cè)試的有效膜面積，cm2

ΔP——膜兩側(cè)的壓差，cmHg

氣體擴(kuò)散系數(shù)D為：

(6)

式中t——滯后時(shí)間，s

氣體溶解系數(shù)S為：

(7)

膜的選擇性α可以用2種氣體的滲透系數(shù)計(jì)算：

(8)

2 結(jié)果與討論

2.1 膜的結(jié)構(gòu)表征

2.1.1SEM結(jié)果分析

Pebax1657與Pebax2533共混膜斷面的形貌觀察結(jié)果如圖2所示。與純Pebax1657和純Pebax2533膜相比，兩者的共混膜斷面在不同比例下均沒有出現(xiàn)明顯的聚集或孔隙，說明二者之間的相容性較好。

Pebax2533含量/%：(a)0 (b)10 (c)30 (d)50 (e)70 (f)90 (g)100圖2 膜的斷面SEM照片(×2 000)Fig.2 SEM of fractured sections of the membrane(×2 000)

2.1.2XRD結(jié)果分析

Pebax1657與Pebax2533共混膜的XRD測(cè)試結(jié)果如圖3所示。純Pebax1657在24 °和29 °出現(xiàn)衍射峰，Pebax2533在20 °和29 °出現(xiàn)衍射峰，這幾個(gè)峰都是由于聚酰胺段通過鏈間氫鍵形成結(jié)晶區(qū)，從而形成的強(qiáng)結(jié)晶峰[14]。由于Pebax2533中PA12的結(jié)晶度較低，膜P-10和P-30在20 °處的峰不明顯，而隨著Pebax2533含量增加，可以看出20 °處的峰越來越明顯，膜P-50和P-70中可以同時(shí)看到PA12和PA6形成的結(jié)晶峰。膜P-90中PA6的結(jié)晶峰已經(jīng)不明顯，只有PA12形成的結(jié)晶峰。利用Bragg方程計(jì)算鏈間距d，單位：nm。隨著Pebax2533含量增加，峰值對(duì)應(yīng)的2θ逐漸減小，鏈間距變大。鏈間距增加，有助于提高膜的氣體擴(kuò)散系數(shù)。

Pebax2533含量/%：1—0 2—10 3—304—50 5—70 6—90 7—100圖3 Pebax1657與Pebax2533共混膜的XRD曲線Fig.3 XRD patterns of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

2.1.3DSC結(jié)果分析

通過DSC檢測(cè)了Pebax1657/Pebax2533共混膜的熱性能，如圖4所示。圖4(a)中純Pebax1657的冷卻掃描表明，聚酰胺段在熔體冷卻后在166 ℃開始結(jié)晶，隨著溫度的進(jìn)一步降低，聚醚段(PEO)的結(jié)晶開始于-7 ℃。Pebax2533的熔體冷卻后，聚酰胺的主要部分開始結(jié)晶，起始結(jié)晶溫度為90 ℃；聚醚段(PTMEO)的結(jié)晶開始于-3 ℃，溫度略高于Pebax1657中的PEO段。將兩者混合后，隨著Pebax2533含量的增加，聚酰胺段的結(jié)晶溫度在各自的范圍內(nèi)沒有很大改變，而峰面積逐漸減??；與此同時(shí)，聚醚段的結(jié)晶起始溫度逐漸升高。從圖中可以清楚看出，膜P-30、P-50和P-70中存在PEO和PTMEO 2種聚醚嵌段的結(jié)晶。

Pebax2533含量/%：1—0 2—10 3—30 4—50 5—70 6—90 7—100(a)結(jié)晶曲線 (b)熔融曲線圖4 Pebax1657與Pebax2533共混膜的DSC曲線Fig.4 DSC curves of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

在圖4(b)中觀察到純Pebax1657和純Pebax2533均有2個(gè)吸熱峰，分別對(duì)應(yīng)聚醚段和聚酰胺段結(jié)晶的熔融，這與嵌段共聚物中存在微相分離結(jié)構(gòu)相一致[15]。隨著Pebax2533含量的增加，聚醚段的熔融峰峰值逐漸降低，具體熔融峰的峰值溫度(Tm)值見表2。而PA6和PA12的峰值在各自的范圍內(nèi)，波動(dòng)不大，說明兩者之間沒有發(fā)生相互影響。從圖4(b)中可以看到，隨著Pebax2533含量的增加，在10 ℃附近仍然只顯示一個(gè)聚醚段熔融峰，而且該熔融峰呈現(xiàn)變寬趨勢(shì)，這很可能是由于PEO和PTMEO熔點(diǎn)相近，熔融峰重疊；此外，聚醚段熔融峰面積則越來越小，說明PTMEO結(jié)晶含量比PEO結(jié)晶含量更小。聚酰胺段的熔融峰面積隨Pebax2533含量增加而逐漸減小，與圖4(a)的結(jié)果一致，說明PA12結(jié)晶的含量比PA6結(jié)晶的含量更小。結(jié)合圖4和表2，可以得知PA6的峰面積和熔融焓ΔHm從膜P-0到P-70逐漸降低，說明PA6結(jié)晶的含量逐漸降低；P-90和P-100中看不到PA6的熔融峰，說明沒有PA6結(jié)晶。而在膜P-0到P-50中看不到PA12的熔融峰，這是由于Pebax2533在共混膜的比例較小，且在純Pebax2533中PA12結(jié)晶的含量就很少；膜P-70到P-100的峰面積和熔融焓相差不大，說明其中PA12結(jié)晶的含量沒有太大變化。

此外，由表2還可以看到，隨著Pebax2533含量增加，共混膜的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度(Tg)逐漸降低，意味著共混膜的鏈遷移率增加。膜的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度和結(jié)晶含量的降低均有利于促進(jìn)氣體滲透。

表2 Pebax1657和Pebax2533共混膜的Tg、
Tm及熔融焓(ΔHm)

Tab.2 Tg, Tm and ΔHm for Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

2.1.4正電子湮沒壽命譜結(jié)果分析

為了獲得共混膜的結(jié)構(gòu)信息，我們測(cè)試了膜的自由體積特性。如表3所示，隨著Pebax2533含量增加，代表自由體積孔穴數(shù)目(I3)、自由體積孔穴半徑(r3)和自由體積分?jǐn)?shù)(Vff)均逐漸增大。由DSC結(jié)果可知，純Pebax2533膜的結(jié)晶含量小于純Pebax1657膜，因此，隨著Pebax2533含量增加，共混膜結(jié)晶含量降低，使I3值增加。由XRD結(jié)果可知，共混膜鏈間距增加，導(dǎo)致r3增加。膜的滲透性則主要由自由體積分?jǐn)?shù)決定，自由體積分?jǐn)?shù)越大，膜的滲透性能越好。

表3 Pebax1657與Pebax2533共混膜的自由體積特性

Tab.3 Free volume properties of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

圖5 Pebax1657與Pebax2533共混膜的密度Fig.5 Density diagram of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

2.1.5密度測(cè)試結(jié)果分析

從圖5可以看出，隨Pebax2533含量的增加，共混膜的密度逐漸降低，說明其鏈間距增加，與XRD結(jié)果一致。此外，如DSC結(jié)果所示，Pebax2533的引入使共混膜的結(jié)晶含量降低，分子間的堆積程度降低，這也使共混膜的密度降低。

2.2 膜的氣體分離性能

2.2.1膜的擴(kuò)散和溶解系數(shù)

從圖6中可以看出，隨Pebax2533含量增加，CO2和N2的擴(kuò)散系數(shù)逐漸增加。結(jié)合XRD和密度測(cè)試結(jié)果分析，膜的密度減小，鏈間距增加，因此擴(kuò)散系數(shù)增加?？v向比較，擴(kuò)散系數(shù)與氣體分子的尺寸密切相關(guān)，一般而言，氣體分子的尺寸越小，氣體的擴(kuò)散性能越好[16]7，CO2(0.330 nm)的分子尺寸小于N2(0.364 nm)的分子尺寸，但是CO2擴(kuò)散系數(shù)小于N2，該結(jié)果可能是由于CO2會(huì)與共聚物中的極性基團(tuán)相互作用[8]2 058，[17]，對(duì)CO2的擴(kuò)散起阻礙作用，導(dǎo)致CO2的擴(kuò)散系數(shù)低于N2。

■—CO2 □—N2(a)擴(kuò)散系數(shù) (b)溶解系數(shù)圖6 Pebax1657與Pebax2533共混膜的擴(kuò)散和溶解系數(shù)Fig.6 Diffusion and solubility coefficient of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

溶解系數(shù)取決于氣體的冷凝性和氣體分子與高分子間的親和性，氣體分子冷凝性越好，與高分子間的相互作用越強(qiáng)，其在膜內(nèi)的溶解性能越好[16]7。Pebax1657和Pebax2533共混膜的CO2和N2的溶解系數(shù)變化都不大，這是由于雖然PEO對(duì)CO2的親和力強(qiáng)，但含量低于PTMEO，因此表現(xiàn)出的結(jié)果相同?？v向比較CO2和N2的溶解系數(shù)，CO2的溶解系數(shù)明顯大于N2，這是由于聚醚段增加了CO2的溶解度，同時(shí)降低了非極性氣體N2的溶解度， 導(dǎo)致CO2的溶解系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于N2的溶解系數(shù)。

2.2.2膜的滲透性能

(a)CO2 (b)N2圖7 Pebax1657與Pebax2533共混膜的滲透系數(shù)Fig.7 Permeability of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

膜的滲透系數(shù)是評(píng)價(jià)膜性能的指標(biāo)之一。如圖7所示，隨著Pebax2533含量的增加，CO2滲透系數(shù)和N2滲透系數(shù)都隨之增加，正電子湮沒的測(cè)試結(jié)果顯示，膜的自由體積分?jǐn)?shù)隨Pebax2533含量增加而增加，因此滲透系數(shù)增加。另外，聚酰胺結(jié)晶可阻礙氣體滲透[18]，隨著Pebax2533含量的增加，共混膜中的聚酰胺含量減少，這也是導(dǎo)致CO2和N2的滲透系數(shù)增加的原因。純Pebax1657的CO2滲透系數(shù)為86.3 Barrer，N2滲透系數(shù)為1.78 Barrer；而純Pebax2533的滲透系數(shù)為329 Barrer，N2滲透系數(shù)為14.48 Barrer，CO2滲透系數(shù)增長(zhǎng)將近4倍，而N2滲透系數(shù)增長(zhǎng)8倍，比CO2增長(zhǎng)速率快。滲透系數(shù)是擴(kuò)散系數(shù)和溶解系數(shù)的乘積，結(jié)合擴(kuò)散系數(shù)和溶解系數(shù)的結(jié)果，是由于膜中的聚醚段親和CO2，限制了CO2的遷移，所以N2擴(kuò)散系數(shù)大于CO2的擴(kuò)散系數(shù)，而兩者的溶解系數(shù)變化均不大，因此，CO2滲透系數(shù)的增長(zhǎng)速度比N2慢。

2.2.3膜的選擇性能

■—P-0 ●—P-10 ▲—P-30 ▼—P-50◆—P-70 ?—P-90 ?—P-100圖8 Pebax1657與Pebax2533共混膜的CO2滲透系數(shù)與CO2/N2選擇性關(guān)系圖Fig.8 The relationship between CO2 permeability coefficient and CO2/N2 selectivity of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

如圖8所示， 隨著Pebax2533含量的增加，膜的CO2滲透系數(shù)增加，CO2/N2選擇性降低。這主要是因?yàn)镻TMEO基共聚物的極性醚鍵濃度比PEO基共聚物更低，與CO2的親和力較低。聚醚基 CO2分離膜的選擇性主要依賴于其溶解選擇性，因此CO2/N2選擇性基本上隨著聚合物基質(zhì)中極性基團(tuán)的濃度減少而降低。隨著Pebax2533含量增加，PEO減少，PTMEO增加，CO2/N2選擇性降低。從滲透系數(shù)考慮，膜的CO2/N2選擇性是CO2和N2滲透性的比值，即CO2的滲透系數(shù)越低，N2的滲透系數(shù)越高，CO2/N2的選擇性越低，滲透系數(shù)測(cè)試結(jié)果顯示，N2的滲透系數(shù)比CO2的滲透系數(shù)增長(zhǎng)速度快，從而導(dǎo)致CO2/N2的選擇性降低。此外，從圖中還可以看出，膜P-10、P-30和P-50都位于純Pebax1657與純Pebax2533之間連線的右上方，更接近于Robeson上限[19]，說明共混后膜的滲透系數(shù)與選擇性的綜合性能較單一膜有所提高。膜P-50、P-70的CO2滲透系數(shù)相差不大，而膜P-50的選擇性明顯大于P-70。膜P-90和P-100的滲透性和選擇性均相差不大，說明Pebax1657含量較少時(shí)對(duì)純Pebax2533影響不大。

2.3 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果分析

圖9是Pebax1657與Pebax2533共混膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線。隨著Pebax2533含量的增加，膜的拉伸強(qiáng)度從膜P-0到P-50降低，這可能是由于Pebax2533含量的逐漸增加，破壞了Pebax1657分子鏈的規(guī)整性，分子鏈間距和結(jié)晶含量降低，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度降低。隨著Pebax2533含量的進(jìn)一步增加，膜的拉伸強(qiáng)度從膜P-50到P-100略有升高。可以看到，膜P-30、P-50和P-70的拉伸強(qiáng)度均低于純Pebax1657和Pebax2533，這說明共混膜還存在一定的界面缺陷，兩者的界面相容性有待進(jìn)一步提高。從圖9中還可以看出斷裂伸長(zhǎng)率隨著Pebax2533含量的增加而逐漸增加，這是因?yàn)镻ebax2533中聚醚含量較大，分子鏈段的柔順性較強(qiáng)，從而促進(jìn)斷裂伸長(zhǎng)率的增加。

Pebax2533含量/%：1—0 2—10 3—304—50 5—70 6—90 7—100圖9 Pebax1657與Pebax2533共混膜的應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.9 Stress-strain diagrams of Pebax1657 and Pebax2533 blend membranes

3 結(jié)論

(1)選用Pebax1657與Pebax2533為膜材料，利用物理共混法制備了一系列氣體分離膜，并對(duì)膜結(jié)構(gòu)、分離性能、力性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，隨著Pebax2533含量的增加，膜的鏈間距增加，自由體積分?jǐn)?shù)增加，密度減小，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，結(jié)晶含量降低；

(2)由于共混膜中聚酰胺含量減少，聚醚含量增加，導(dǎo)致CO2和N2滲透系數(shù)逐漸增加；由于極性醚鍵濃度降低，導(dǎo)致CO2/N2選擇性降低，斷裂伸長(zhǎng)率增加，拉伸強(qiáng)度從膜P-0、P-10、P-30、P-50逐漸降低； P-70、P-90、P-100逐漸增加；

(3)膜P-10、P-30和P-50的CO2滲透系數(shù)和CO2/N2選擇性位于純Pebax膜連線的右上方，更接近Robeson上限，因此其綜合性能較單一膜有所提高。

致謝：

感謝上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院房建華老師和劉蕊在氣體分離性能測(cè)試上的幫助；感謝湖北省核固體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在正電子湮沒測(cè)試上的幫助。