果壳活性炭混合基质膜用于气体分离

膜技术用于许多气体分离应用，例如氢气回收和天然气处理。果壳活性炭具有耐磨强度好、空隙发达、吸附性能高、强度高、易再生、经济耐用等优点，广泛应用于生活、工业、液相吸附、水质净化、气相吸附。与传统的气体分离过程(如吸附、吸收或冷凝)相比，膜技术提供了更简单的分离过程。果壳活性炭具有耐磨强度好、空隙发达、吸附性能高、强度高、易再生、经济耐用等优点，广泛应用于生活、工业、液相吸附、水质净化、气相吸附。这次我们用果壳活性炭制作混合基质膜，以厚膜的形式用于气体分离，由聚合物和果壳活性炭结合而成。果壳活性炭颗粒的平均粒径和孔径分别为1.5m和1.9nm。通过在氯仿浇铸溶液中缓慢蒸发溶剂，制备了不同聚合物/果壳活性炭比的膜。可以生产果壳活性炭含量高达50%的稳定膜。

果壳活性炭是一种优质的气体分离材料。

　　果壳活性炭如何制成膜

以氯仿为溶剂，用果壳活性炭溶液浇铸而成。制备了不同果壳活性炭含量的溶液，并保留了相同的聚合物用量。所得聚合物溶液的质量分数为4% 。采用溶液浇铸法制备的膜，其果壳活性炭含量为体积的0-50% 。制备该膜的典型步骤如下: 首先，将干燥后的聚合物粉末与果壳活性炭颗粒一起溶解并分散在氯仿中，搅拌2小时。然后使用不影响聚合物分子量的超声设备对溶液进行超声处理。在下一步中，溶液被直接浇铸到一个平面模具中，并且溶剂被蒸发以便在环境条件下在恒定的氮气流中使用。干膜经甲醇处理8小时，用溶剂交换法去除氯仿残留物。在最后一步，果壳活性炭膜在摄氏60度的真空中干燥24小时，完全去除溶剂残留物。根据果壳活性炭的大小，薄膜的厚度在80至160米之间。

用差示扫描量热法区分果壳活性炭含量与原始膜的差异。图1显示了果壳活性炭和聚合物之间的一些相互作用。因为果壳活性炭颗粒没有被化学改性(例如，包含官能团、疏水或亲水改性)，所以预计聚合物基质和果壳活性炭之间不会有强结合。结果如图1a所示。在其他情况下，化学改性填料的加入表明，对聚合物玻璃化转变温度的影响主要归因于化学键和氢键主要发生在聚合物和果壳活性炭颗粒之间的连接。值得一提的是，随着果壳活性炭体积含量的增加，玻璃化转变温度升高。

图一: 原膜及混合基质成分(a)的玻璃化现象与果壳活性炭体积含量的关系(b)。