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炭膜作为一种新型无机多孔炭基分离材料,跟聚合物膜相比,具有气体分离性能优异、热稳定性好、化学稳定性好、孔径易于调节、不存在CO2塑化现象等优点,在CO2分离方面跟聚合物膜相比具有不可比拟的优势,在烟道气中CO2的分离、天然气中CO2的分离及H2和CO2分离等方面具有广阔的应用前景。炭膜具有发达的、与气体分子尺寸相当的极微孔结构,分离各种气体混合物主要依据气体在炭膜孔道内的吸附和扩散性能,研究气体在炭膜中的吸附扩散对于研究炭膜的分离机理非常重要。本文采用容量法对CO2在不同炭膜内的吸附和扩散行为进行了研究,利用吸附数据计算了膜的孔结构参数,并采用XRD、气体渗透研究炭膜孔结构特性,研究了CO2的吸附平衡,用不同的吸附等温模型对实验数据进行了拟合,研究了CO2吸附热力学。运用Fick扩散模型计算了CO2在炭膜内的扩散系数,研究了扩散系数的浓度依赖性,计算了扩散活化能。为改善炭膜的扩散性能,分别在前驱体中引入无机纳米氧化物粒子TiO2和具有规则微孔孔道结构的NaY沸石分子筛引入炭膜前驱体,以利用无机粒子与炭基质的相界面及沸石分子筛规则的孔道实现气体分子的快速扩散,达到提高气体扩散性能的目的。结果表明,热解温度影响制备的膜的孔结构,随着热解温度的升高,炭膜的孔径在收缩,600到800℃炭膜的微孔体积随炭化温度的升高而增大,800℃以后,微孔体积随炭化温度的升高而下降。等量吸附热随着吸附量的增大而略微下降,炭膜表面能量分布比较均一。炭膜的孔结构特性决定了扩散性能,炭化温度升高,扩散活化能增大,扩散系数降低,不同炭化温度的膜CO2在炭膜中的扩散系数在1.04×10-13-8.56×10-12m2·s-1之间,在实验测定压力范围内,扩散系数随吸附相浓度的增大呈现出先增大后略微减小至一固定值的变化规律。TiO2的掺杂和NaY的掺杂改变了炭膜孔结构特性,降低了扩散活化能,显著提高了气体的扩散系数。