气体的管状中空膜分离研究

气体膜分离是近年来出现的一种新的分离技术,其特点是在分离过程中无相态变化。本文提出了渗透系数的测定方法。实测了O_2、N_2、H_2三种气体的渗透系数,及渗透系数与温度的关系。并针对由空气富集氧的过程,观测、分析了压力、温度、进气流量等参数对渗透过程的影响。     

新型聚酰亚胺气体分离膜的制备研究

能源短缺和温室效应是当今人类面临的难题,通过对气体分离膜技术的研究能够很好的解决此类问题。以4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯甲烷和3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐作为合成聚酰亚胺膜的单体,在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中缩聚最终得到新聚酰亚胺膜。通过差压气体渗透计测量所制备膜的气体渗透性并计算渗透系数,得到的新聚酰亚胺膜具有良好气体分离性能。     

天然橡胶/碳纳米管混合基质膜的气体传递特性

为了提高CO_2分离膜的性能,将多壁碳纳米管(MWCNTs)添加到天然橡胶(NR)中制备NR/MWCNTs混合基质膜。考察了MWCNTs含量对混合基质膜机械性能的影响,研究了MWCNTs含量、进料气压力和热交联时间对NR/MWCNTs混合基质膜CO_2分离性能的影响,研究了膜的耐老化性能,探讨了混合基质膜的CO_2传递机制。结果表明:随着MWCNTs的增加,混合基质膜的CO_2渗透系数逐渐增加,而CO_2/N_2选择性先增加后减少;当MWCNTs与NR的质量比为2.0%,混合基质膜的气体分离性能达到最优,其CO_2渗透系数和CO_2/N_2选择性分别为138 Barrer和12.5.随着压力的增加,膜的CO_2渗透系数和CO_2/N_2选择性逐渐增加。当热交联时间为24 h,在压力为2 bar下,MWCNTs与NR的质量比为2.0%的NR/MWCNTs混合基质膜的CO_2渗透系数和CO_2/N_2选择性分别为95 Barrer和16.8;且热交联的膜比未交联的混合基质膜具有更优异的耐老化性能,这是因为MWCNTs与NR形成紧密的交联网状结构。     

氨在中空纤维支撑液膜内的渗透系数

测定了氨在中空纤维支撑液膜中的渗透系数,并考察了渗透系数的影响因素.实验结果表明,氨在支撑液膜中的渗透系数p值随着载体浓度升高而增大,但变化趋势不大;料液pH值升高,渗透系数增大;反萃液pH值对渗透系数的影响存在最大值,在实验条件下,反萃液pH值为3时,渗透系数较大.比较煤油、癸醇和正庚烷3种膜溶剂,正庚烷作为膜溶剂渗透系数最大     

膜材料气体分离性能的预测和分析

从聚合物科学预测技术的必要性出发,采用了两种预测膜分离性能的方法:基团贡献法和自由体积法,对这两种预测方法进行了分析和比较,并应用于聚砜膜材料的气体渗透系数和选择性预测,其结果与实验基本相符。     

无机微孔膜传递特性的研究

分析了气体在无机微孔膜中的传递机理，利用渗透法原理建立了一套测量微孔膜传递性能的装置，用于测定渗透系数及努森系数。文中讨论了ＨａｇｅｎＰｏｉｓｅｕｉｌｅ方程、Ａｄｚｕｍｉ方程及Ｚａｖｉｓｋａ方程对无机微孔膜的适用性以及传递性能的测定原理和实验手段，测定的微米级范围的基质膜的努森系数在０．１～１．０之间。     

荷载与锂渣掺量对混凝土氯离子扩散性与气体渗透性的影响

为探讨不同压应力与锂渣掺量对混凝土氯离子电通量和气体渗透系数的影响,制作了3种不同水胶比、4种锂渣掺量的混凝土试件,并对试件分别施加极限压荷载的10%、30%、50%作为持续压应力,进行氯离子扩散性和气体渗透性试验。结果表明:混凝土的气体渗透系数、氯离子电通量与锂渣掺量、压应力比之间存在明显的相关性。氯离子电通量随着锂渣掺量的增加而减少,随着压应力比的增大而增大。气体渗透系数随着锂渣掺量的增加而增加,随着压应力比的增大而增大。综合考虑电通量与气体渗透系数,C20、C30、C40混凝土最优掺量分别为15％、20％、15％。     

关于防渗墙渗透系数测定的总结

水体在薄层防渗墙中渗透总体上服从达西定律,但是和常规水体在半无限体岩土体中渗透规律存在差别,通过现场试验测定渗透系数也有千差万别,在实际工程中需要具体分析,选择使用试验方法。本文作者根据根据渗透系数概念、理论依据,从工程实践角度出发,对常用的渗透系数测定方法进行了总结,推荐文中比较使用试验方案,进行防渗墙这类薄层平面半无限墙体的渗透系数测定。     

混凝土气体渗透性试验方法

研究了含水率、试件厚度、附加压力及真空度等实验参数对混凝土气体渗透系数的影响,分析了气体在混凝土中的扩散机理.研究表明,多孔材料的曲折度可通过不同厚度的渗透性来研究.随着试件厚度的增大,气体渗透系数增大,而渗透系数的增长系数为曲折度因子;由于试件含水率、附加压力和真空度等对实验结果影响很大,实验时应严加控制;当将含水率取为小于5.5%,试件厚度取30 mm,真空度取0.096~0.090 M Pa,外加压力取0.3~0.5 M Pa,并采用本征渗透系数时,可在缩短试验时间的同时,确保试验结果的准确性和可靠性.     

变形场、煤化度和外加电场对甲烷在煤层中渗流的影响

研究了变形场、煤化度和外加电场对煤物质中甲烷气体渗流的影响.结果表明,外加应力(应变)越大,渗透系数越大;当外加应力相同时,煤化程度越高,渗透系数越小;外加电场越强,渗透系数越大.得到地应力和电效应下的一维达西定律修正式.     

排水性沥青路面混合料的渗透性能试验测试技术

为评定排水性沥青路面混合料的透水能力,设计了不脱模大马歇尔试件竖向渗透系数和水槽横向渗透系数测定方法,并制作了测试装置,对不同成型方法、不同空隙率的PAC-13与PAC-16试件进行了控制水头差的渗透系数测定.测试结果表明:排水性沥青混合料的渗透系数与空隙率有着良好的相关性,击实成型试件的渗透系数略大于静压成型试件,PAC-16的渗透性能优于相同空隙率的PAC-13且变化规律一致,试验测定的竖向渗透系数与横向渗透系数在工程常用的空隙率情况下相对误差不超过20%,有较好的一致性.工程设计应用中,采用与路面材料状况较一致的击实成型的不脱模大马歇尔试件测定竖向渗透系数能较好地反映排水性沥青混合料的渗透性能.     

粉煤灰高性能混凝土气体渗透性能研究

试验研究了水胶比m(水):m(胶)在0.25~0.35范围内,粉煤灰掺量在0~60%之间的粉煤灰高性能混凝土气体渗透性能情况.结合汞压力测孔法分析了粉煤灰高性能混凝土气体渗透性能与孔结构参数之间的相关性.研究结果表明,水胶质量比0.25~0.30,粉煤灰高性能混凝土气体渗透系数随水胶质量比增加而增大;水胶质量比0.30~0.35,粉煤灰高性能混凝土气体渗透系数却随水胶质量比增大而减小;且粉煤灰对高性能混凝土气体渗透性能的影响受水胶质量比影响较大;养护龄期的延长可以明显改善混凝土的抗气体渗透性.粉煤灰高性能混凝土总孔隙率、孔临界孔径、平均孔径与气体渗透系数之间线性拟合相关系数分别为0.93,0.90,0.83,可以用这些结构参数近似表征粉煤灰高性能混凝土的气体渗透性能。     

冻融循环条件下引气剂对混凝土抗渗性和抗冻性影响的试验研究

通过电通量试验、表面气体渗透试验和硬化混凝土气泡参数试验,对冻融后混凝土的抗渗性及抗冻性进行了分析研究。试验结果表明引气剂可大范围阻断毛细气孔通路,引气剂对冻融次数越多的混凝土试件抗渗改善效果显著。随着混凝土冻融次数的增加,混凝土的电通量、表面气体渗透深度和表面气体渗透系数均逐渐增大。在相同冻融次数下,随着引气剂掺量的增加,表面气体渗透深度和表面气体渗透系数逐渐减小,抗渗透能力提升。在合理引气的条件下,引气剂掺量越多,引入的小气泡越多,气泡间距系数越小,改善了冻融循环条件下混凝土的抗渗性和抗冻性,提高了混凝土的耐久性。     

Cu_3(BTC)_2提高聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺复合膜气体分离性能成因的研究

将金属有机骨架化合物Cu3(BTC)2填充到聚二甲基硅氧烷中,制备聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺改性复合膜,用于气体分离的研究。考察了操作温度和压力对CO2、CH4、O2和N2在改性复合膜中的渗透系数、扩散系数、溶解度系数和分离系数的影响。结果表明,填充Cu3(BTC)2可降低气体的渗透活化能、扩散活化能和膜的压缩效应,进而提高气体的扩散性能和渗透性能;Cu3(BTC)2改性复合膜在低温条件下可得到较高的渗透性能和分离性能,较高压力可在不降低膜分离性能的基础上提高其渗透性能。     

光催化沉积法制备Pd膜的改进及Pd膜性能表征

对光催化沉积法(PCD)制备Pd膜进行了改进,使含有TiO2与Pd2 的悬浮液膜层在多孔陶瓷膜表面形成液体薄膜,该薄膜在紫外光直接照射下发生光催化还原反应,烧结后得到含TiO2及Pd晶种的超薄膜层,用化学镀修饰得致密Pd膜.采用SEM、EDAX方法对所制的Pd膜表征结果表明,Pd膜厚度为5～6 μm.在350～500 ℃和0.05～0.15 MPa下进行气体渗透实验,当温度为450℃时,H2渗透系数为4.07×10-6 mol/(m2·s·Pa),N2的渗透量检测不出,高温热循环测试表明该Pd膜致密且具有良好的热稳性.     

Pd/陶瓷复合膜分离器中H2/N2混合气的分离过程

采用光催化沉积法结合化学镀制备出有效膜长为33 cm、膜厚约10μm的致密Pd膜.单气体测试表明,该膜有良好的H2/N2选择性,H2渗透系数在350、400、450及500℃时分别为0.7×103、1.1×103、1.4×103及1.9×103L/(m2·min·MPa0.5).通过H2/N2混合气分离的研究,考察了流体传输对Pd膜分离性能的影响,结果表明H2渗透总流量随着原料气总流量、温度及膜两侧的总压差的增加而增大.采用活塞流模型计算的结果与实验结果吻合较好.     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

直接接触式膜蒸馏的膜渗透性能

采用直接接触式膜蒸馏测定了材料和特性参数不同的5种微孔疏水膜的渗透通量.通过对实验数据的拟合得到了每种膜的渗透系数与膜厚之比A/δ,并计算了每种膜的过程热效率.根据计算结果确定出了一种渗透性能和热效率均为最佳的膜.A/δ随平均膜温的变化关系表明,Poiseuille流动对膜蒸馏的跨膜传质有重要的贡献.     

气体在玻璃中渗透的数值模拟

为深入理解环境气体对超高真空电子器件玻璃壳体材料的渗透机理,采用巨正则蒙特卡罗法和分子动力学法对玻璃中的气体溶解、扩散两种渗透行为进行了数值模拟研究,基于原子模拟凝聚相优化分子势力场,计算了两种玻璃结构中氧气、氦气、氢气和水蒸气分子的溶解系数,以及氧气和氢气分子在钠钙玻璃中的扩散、渗透系数和扩散运动轨迹。计算结果表明:与玻璃材料亲和力较大的气体分子溶解系数较高;玻璃中金属离子的存在使玻璃中的孔径变小,从而降低了钠钙玻璃中气体分子的溶解系数;环境温度升高和气体压强增加使气体分子在玻璃中的扩散、渗透系数增加;在扩散过程的大部分时间中,气体分子在某一位置做往复振动,偶尔发生一次跳跃,这导致气体分子逐渐远离初始位置;因为玻璃材料能给体积较小的气体分子提供更多的有效扩散通道,所以H_2比O_2有较高的扩散系数。研究结果可为超高真空电子器件的真空失效机制探究、玻璃壳体的材料优选和结构优化提供一定的理论依据。     

黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数是孔隙比和黏滞系数的函数。为了研究黏土中结合水对黏滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与黏滞系数;并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,滲透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力黏滞系数腿固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水減少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,黏滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致黏滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。