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Fe3O4掺杂制备气体分离功能炭膜
  • ISSN号:1000-324X
  • 期刊名称:Wuji Cailiao Xuebao/journal of Inorganic Materials
  • 时间:0
  • 页码:47-52
  • 分类:TQ028[化学工程]
  • 作者机构:[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]中国科学院大连化学物理研究所,大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金面上与重点项目(20776024 20836006)
  • 相关项目:用于CO2捕集的CO2/N2分离膜研究
中文摘要:

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[1Barrer=1×10-10cm3(STP).cm/(cm2.s.cmHg)].

英文摘要:

Novel functional carbon membranes for gas separation were designed and prepared by incorporating Fe_3O_4 nanoparticles into carbon membranes precursor polyimide.The as-synthesized membranes were characterized by TEM,XRD and VSM.The effects of Fe_3O_4 addition and the final pyrolysis temperature on the gas permeability were investigated.The results show that Fe_3O_4 nanoparticles transformed into other phase morphologies are helpful to form the graphite-like layers during the pyrolysis process,which make the membrane with two types of carbon structure : amorphous carbon and graphite-like layers.All the functional carbon membranes exhibit magnetism.Single gas permeation test results show that the as-synthesized membranes exhibit an outstanding molecular sieving capability together with high gas permeability.The gas permeability of H2 is 61 times higher than the pure carbon membrane and the H2/CO2 selectivity is also improved.Fe_3O_4 addition and the final pyrolysis temperature siginificantly impair the gas permeability.When the Fe_3O_4 content is 20wt%,the permeabilities of pure gas H2,CO2,O2,N2,CH4 in the functional carbon membrane are 15476,4385,1565,193 and 114 Barrers(1Barrer=1×10-10 cm3(STP) ·cm/(cm2·s·cmHg)),respecticvely.The final pyrolysis temperature also has a remarkable effect on the gas separation performance.

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期刊信息
  • 《无机材料学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院上海硅酸盐所
  • 主编:郭景坤
  • 地址:上海市定西路1295号
  • 邮编:200050
  • 邮箱:wjclxb@mail.sic.ac.cn
  • 电话:021-52411302
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-324X
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1363/TQ
  • 邮发代号:4-504
  • 获奖情况:
  • 获"中国百种杰出学术期刊"称号
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),瑞典开放获取期刊指南,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21274