赵卷[1]2006年在《界面聚合法制备分离CO_2固定载体复合膜》文中研究指明分离与回收CO2是21世纪最为重要的涉及能源、资源和环境的课题之一。分离CO2的固定载体膜尚属新的研究领域,其膜材料的开发和制膜工艺的改善是亟待解决的问题。本文探索了用界面聚合法制备分离CO2固定载体复合膜。首次以水相-油相法界面聚合研制成功五种CO2固定载体复合膜。这五种复合膜分别以二乙烯叁胺(DETA)、叁乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)、多乙烯多胺(PEPA)和聚乙烯亚胺(PEI)为水相单体或预聚物,均苯叁甲酰氯(TMC)为油相单体,聚砜(PS)或聚醚砜(PES)超滤膜为基膜。利用多种测试手段分析了所制膜的结构。考察了膜对CO2/CH4和CO2/N2体系的透过分离性能。系统研究了各种条件对膜结构和性能的影响规律。结果表明,五种复合膜均含有大量胺基,表面粗糙致密,具有超薄分离层且分离层与支撑层具有互嵌结构。对TETA单体,适宜的制膜条件是:PS为基膜,65～70oC下热处理10～15min;2～2.8wt% TETA浓度,0.2～1.2wt% TMC浓度, 2～10min TETA浸泡时间,3～4min界面聚合时间,添加浓度不小于0.4wt%的酸吸收剂(NaOH、Na2CO3或TEA)。随着胺单体链长的增加,DETA-TMC、TETA-TMC、TEPA-TMC和PEPA-TMC复合膜透气性依次增大,分离因子依次减小。一般地,随着进料压力的升高或进料温度的降低,CH4(N2)渗透速率升高,CO2渗透速率和CO2/CH4(CO2/N2)分离因子降低。五种复合膜的透过选择性和耐压能力综合指标明显高于文献报道的其它固定载体膜。如,进料温度30oC,进料压力1.1atm时,对混合气体CO2/CH4 (体积比10/90),DETA-TMC/PS、TETA-TMC/PS、TEPA-TMC/PS和PEPA-TMC/PS复合膜的CO2渗透速率分别可达5.85×10-6、1.47×10-5、2.38×10-5和3.18×10-5cm3(STP)cm-2s-1cmHg-1,相应的CO2/CH4分离因子为124、96、76和64。同样的复合膜,进料压力分别为10.6atm、10.4atm、10.2atm和9.9atm时,其CO2渗透速率分别可达4.86×10-6、9.20×10-6、1.34×10-5和1.65×10-5 cm3(STP)cm-2s-1cmHg-1,相应的CO2/CH4分离因子为56、42、35和31。膜对CO2/N2 (体积比20/80)的透过选择性更好。对PEI-TMC/PS复合膜,进料压力为1.1atm时,CO2渗透速率可达3.13×10-5cm3(STP)cm-2s-1cmHg-1,CO2/CH4分离因子是81;进料压力10.9atm时,CO2渗透速率和CO2/CH4分离因子分别可达2.34×10-5 cm3(STP)cm-2s-1cmHg-1和37。尝试用油相-水相法界面聚合制备了TETA-TMC/PES固定载体复合膜,研究比较了水相-油相法和油相-水相法两种工艺及所制膜结构和性能的不同特点。结果表明,前者制备的复合膜表面更粗糙、分离层更薄,制膜工艺较复杂但分离性能更好。
张颖[2]2002年在《分离CO_2/CH_4固定载体复合膜的制备与性能研究》文中研究说明CO_2等酸性气体的膜分离技术研究已成为最受世界瞩目的关于能源和环境问题的重大课题之一。固定载体膜是一类很有发展前景的新型分离膜，而分离CO_2的固定载体膜尚属一崭新的研究领域，无论是膜材料的开发还是传递机理的探索都是亟待解决的问题。本文正是以此为背景，在高透过选择性CO_2固定载体膜材料的开发以及CO_2在膜内的传递机理等方面进行了一些新的探索和尝试。通过分析待分离气体、高分子基材、活性载体以及水的相互作用，本文从促进传递体系的选择、高分子基材的选择以及载体的选择等几个方面提出了一些原则以指导CO_2固定载体膜的研制。基于这些原则，本文研制成功叁种CO_2固定载体膜材料，聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸钠(PVSA)，N-乙烯基-γ-氨基丁酸钠-丙烯酸钠的共聚物(VSA-SA)以及羧甲基壳聚糖(CM-CS)。分别以上述叁种材料为表层，以聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)超滤膜为支撑体制成复合膜。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、核磁共振(1H NMR)、元素分析、环境扫描电子显微镜(ESEM)以及化学滴定法等对叁种材料以及制成的复合膜的物理化学结构和形态结构进行了分析，结果证明叁种材料均含有仲胺或伯胺和羧基，复合膜表层致密光滑，与支撑层紧密结合。以CO_2/CH4体系为研究对象，考察了各种复合膜的透过选择性能，系统研究了各种因素如耦合效应、支撑膜材料及其平均截留分子量、铸膜液中杂质、不同的交联剂、交联时间、载体含量等对膜结构和性能的影响。结果表明，所研制的膜极具开发前景。PVSA/PS，VSA-SA/PS，CM-CS/PES叁种复合膜表现出优异的CO_2透过选择性，其综合性能指标远高于国外报道的其它同类固定载体膜。如CO_2压力为5.1cmHg时，PVSA/PS复合膜的CO_2渗透速率和理想分离因子分别为1.47(10-4 cm3 (STP)cm-2 s-1 cmHg-1和155.9；CO_2压力为5cmHg时，VSA-SA/PS复合膜的CO_2渗透速率和理想分离因子分别为8.0(10-5 cm3 (STP)cm-2 s-1 cmHg-1和406.2；CO_2压力为5.3cmHg时，CM-CS/PES复合膜的CO_2渗透速率和理想分离因子分别为5.79(10-5 cm3 (STP)cm-2 s-1 cmHg-1和84.6。其原因在于膜内引入了可与CO_2进行可逆反应的载体—胺基和羧基，从而促进了CO_2在膜中的传递。以PVSA/PS膜为考察对象，对膜内传递机理进行了探索，提出CO_2在干膜的情况下，膜内同时发生两个过程，即一部分CO_2通过自由扩散，另一部分以溶质-载体反应物（RNH(CH2)3COO-·CO_2）的方式扩散，在加湿膜的情况下，一部分复合物转变成了易于移动的HCO3-。红外光谱和拉曼光谱的测试结果证实了上述机理。叁种复合膜的性能稳定性良好。在进料气压力约57cmHg下，连续运行一周，仍能维持较好的分离因子和渗透速率。
张莉莉[3]2004年在《PVSA/PVAm共混复合膜的制备及其CO_2分离性能的研究》文中认为分离CO2的固定载体膜同时具备良好的稳定性和渗透选择性能，是一类很有发展前景的新型分离膜。聚合物共混改性是开发具有崭新性能膜材料的重要途径。 本文利用我们实验室已开发出的固定载体膜材料—聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸钠(PVSA)和聚乙烯基胺（PVAm）研制出PVSA/PVAm共混膜材料，并以聚醚砜(PES)超滤膜为支撑体制成共混复合膜。采用现代分析测试手段红外、X射线衍射（XRD）、材料拉伸测试及环境扫描电子显微镜（ESEM）对PVSA和共混聚合物的微观结构、共混聚合物的拉伸性能和共混复合膜的形貌特征进行了研究。结果表明，通过聚合物共混的方法，膜材料的力学性能得到了改善；两种聚合物相容性良好，电镜显示共混复合膜表层致密光滑，与支撑层紧密结合。以CO2/CH4体系为研究对象，考察了共混复合膜的透过选择性能，系统研究了各种因素如耦合效应、PVSA/PVAm配比、铸膜环境温度及湿度对膜结构和性能的影响。以CO2、CH4、N2、O2为研究对象，系统地探讨了该共混复合膜对不同气体体系的分离性能。研究结果表明，以该共混聚合物为表层，PES超滤膜为支撑层制得的PVSA/PVAm共混复合膜综合性能优越。在PVSA wt%＝33.3%，压力为 1.04atm时，PVSA/PVAm共混复合膜的CO2渗透速率和CO2/CH4理想分离因子分别为6.48×10-6 cm3 (STP)cm-2 s-1 cmHg-1和 217。用 50%CO2和 50%CH4组成的混合气进行测试时，在CO2分压为 0.518atm的情况下，CO2的渗透速率达到了 5.56×10-6cm3(STP) cm-2 s-1 cmHg-1，CO2/CH4的分离因子为 49.7。不同气体通过该共混复合膜的快慢顺序为CO2＞O2＞CH4＞N2，理想分离因子大小为αCO2/N2＞αCO2/CH4＞αCO2/O2。 本论文还采用丙烯酰胺与马来酸酐进行共聚并水解得到聚合物马来酸钠－丙稀酰胺（MAS-Am），采用该共聚物为表层，PES超滤膜为支撑层制得复合膜，初步探讨了该复合膜对CO2/CH4体系的渗透选择性。结果表明，相对PVSA/PVAm共混复合膜而言，该膜的CO2渗透速率以及CO2/CH4的分离因子较低。在纯气测试中，当压力为 1.04atm时，该复合膜CO2的渗透速率为 1.04×10－6 cm3(STP) cm-2s-1 cmHg-1，CO2/CH4理想分离因子为 66。当用 50%CO2和 50%CH4组成的混合气进行测试时，CO2分压为 0.56atm时，CO2渗透速率为 5.58×10－7 cm3(STP) cm-2 s-1cmHg-1，CO2/CH4分离因子为 43.6。
张晨昕[4]2014年在《分离CO_2膜传质机理及其过程模拟研究》文中研究表明以固定载体膜为代表的促进传递膜通过在膜内引入可与CO2发生可逆反应的载体，强化了CO2的传递，大大提高了CO2的选择透过性能，在CO2分离领域展现出很大的应用潜力。目前，促进传递膜中的传质机理尚未完全探明，而对促进传递膜应用过程的研究也不够系统。本文研究了促进传递膜的反应/传质机理，对分离CO2的膜过程进行了模拟并分析了本课题组所开发高性能固定载体膜的应用潜力。研究结果对CO2分离膜的进一步发展和应用具有重要指导作用。制备了聚乙烯基胺-哌嗪/聚砜平板复合膜和聚乙烯基胺-聚乙烯醇/聚氯乙烯中空纤维膜及膜组件，为反应/传质机理和过程模拟的研究提供了实验数据。针对含胺基的促进传递膜，推导得到了基于不同可逆反应形式的气体渗透速率表达式。通过实验数据拟合及实验结果预测验证这些表达式，证明了常见含伯胺基或仲胺基的支撑液膜中胺基与CO2的反应形式符合无水参与的胺基与CO2反应式，基于此反应式推导得到的渗透速率表达式可用于计算上述支撑液膜的CO2渗透速率。含伯胺基或仲胺基的固定载体膜中CO2与胺基的反应形式较为复杂，可使用由最简单反应式推导出的渗透速率表达式计算CO2渗透速率。对用于捕集CO2的二级过程进行了深入分析，明确了抽真空操作是可行的操作方式。如果膜的分离性能达到本课题所开发DDT膜的分离性能，渗透侧抽真空的二级过程可满足美国能源部提出的分离过程目标。对于渗透侧抽真空的二级过程，膜的分离因子不需要很高，提高渗透速率、提高操作压力比以及降低膜和膜组件成本是降低过程成本的有效方式。此外，第二级膜的分离性能在一定范围内的降低不会对CO2的纯度和回收率以及总单位成本产生显着影响。随着进料气中CO2浓度升高，所得CO2的纯度和回收率升高，而总单位成本会降低。针对沼气脱碳净化和富氢气体脱碳提纯过程，比较了一级一段过程、二级过程和二段过程的不同特点。对于沼气脱碳净化，二级过程和二段过程都是可行的操作方式，其中，二级过程可用于CH4回收率要求较高的场合；而二段过程适用于CH4回收率要求不高或是需要工艺流程简单的场合。对于富氢气体脱碳提纯，只有使用CO2优先渗透膜可以获得高纯度和高回收率的H2产品。提高高压下CO2/H2分离膜的分离因子，可通过一级一段过程或二级过程制备高纯度的H2产品，同时膜过程具有很好的经济性。
王明明[5]2012年在《抗氧化耐酸分离CO_2膜制备及性能研究》文中提出分离CO_2的固定载体膜是一类很有发展前景的分离膜。其中，研究较多的氨基载体膜长期使用可能被氧化，影响其分离含氧化剂（主要是非酸性氧化剂O_2及酸性氧化剂SO_2）烟道气中CO_2时的使用寿命。针对于此，本文采用不同的载体固定方法将羧酸根载体引入膜内，制备出具有较好透过分离性能、抗氧化性能和耐酸的固定载体膜，以适用于烟道气CO_2分离。用自由基聚合的方法将羧酸根载体引入膜内。以丙烯酸钠为单体，合成聚丙烯酸钠(PAAS)。以PAAS水溶液为涂膜液，聚砜(PS)为支撑层制得PAAS/PS复合膜。用丙烯酰胺(AAm)调节载体含量，制得聚（丙烯酸钠-丙烯酰胺）/聚砜(P(AAS-co-AAm)/PS)复合膜。利用全反射红外光谱(ATR-FTIR)表征了气体组分与膜之间的相互作用，考察了膜的气体透过性能，由此分析了CO_2和N2在膜内的传递机理。研究了AAS含量及湿涂层厚度对膜透过分离性能的影响规律。考察了复合膜的抗氧化和耐酸性能。结果表明，所制膜具有良好的CO_2透过分离性能、抗氧化性和耐酸性。对于CO_2/N2混合气（体积比15/85），AAS含量为47.68mol%，湿涂层厚度为200μm的复合膜在进料气压力为0.11MPa时，CO_2渗透速率为163GPU，分离因子为90。用共混的方法将羧酸根载体引入膜内。将PAAS与聚乙二醇(PEG)的共混物水溶液涂敷在PS支撑层上制备PAAS-PEG/PS共混复合膜。研究了共混物中PEG分子量以及PAAS/PEG质量比对复合膜CO_2/N2渗透选择性能的影响。结果表明，所制膜具有较高的CO_2透过分离性能，对于CO_2/N2混合气，PEG分子量为20,000，PAAS:PEG质量比为1:2的涂膜液制备的复合膜在进料气压力为0.11MPa时，CO_2渗透速率为700GPU，CO_2/N2分离因子为80。用界面聚合的方法将羧酸根载体引入膜内。以均苯叁甲酰氯(TMC)为有机相单体，二氨基苯甲酸钠(DAmBS)为水相单体，在涂敷了硅橡胶(PDMS)的PS基膜上进行界面聚合制备聚(DAmBS-TMC)/PDMS/PS复合膜。在水相中加入4,7,10-叁氧-1,13-癸烷二胺(DEGBAmPE)以调节载体含量及聚合物链段的柔性，从而制备了聚(DAmBS-DEGBAmPE-TMC)/PDMS/PS复合膜。研究了制膜因素对复合膜结构和性能的影响。考察了复合膜的抗氧化性和耐酸性。结果表明，所制膜具有良好的CO_2透过分离性能、抗氧化和耐酸性能。对于CO_2/N2混合气，用0.003mol/L TMC，0.004mol/L DAmBS和0.006mol/L DEGBAmPE所制复合膜在进料气压力为0.11MPa时，CO_2渗透速率为5831GPU，CO_2/N2分离因子为86。以界面聚合制备的复合膜为例，对烟道气CO_2分离和捕集的过程进行了经济性分析，结果表明，本文制备的CO_2分离膜具有明显的经济优势。
丁晓旭[6]2016年在《基于无机纳米片的分离CO_2复合膜的制备及其性能研究》文中研究指明大量的CO_2排放到大气中,会引起温室效应,进而导致海平面上升,气候反常等问题。所以捕集CO_2等酸性气体的技术研究已经成为关于能源和环境问题的重大课题之一。膜技术具有经济性好,操作过程简单,能够实现高效分离等优点,被广泛用于CO_2的分离研究。醚氧键对CO_2有较强的亲和作用,能够提高CO_2在膜中的溶解性。但是,应用高分子膜进行气体分离,会表现出明显的“Trade-off”现象。而加入无机材料的混合基质膜可同时提高渗透性和选择性,有望突破“Robeson”上限。本文采用界面聚合的方法制备基于无机纳米片的分离CO_2复合膜,旨在提高膜中CO_2的渗透选择性能。主要研究内容如下:(1)聚(PEA-TMC)/PS复合膜及聚(PEGda-PEA-TMC)/PS复合膜的制备采用含有醚氧键的单体聚醚胺(PEA)作为水相单体,均苯叁甲酰氯(TMC)作为有机相单体,在聚砜(PS)基膜上发生界面聚合反应,制备出聚(PEA-TMC)/PS复合膜。将另一种含有醚氧键的单体聚乙二醇二胺(PEGda)与PEA混合作为水相单体,制备聚(PEGda-PEA-TMC)/PS复合膜。结果表明,基膜表面生成了一层含有醚氧键的聚酰胺分离层。当PEA浓度为1wt%,进料压力为1 bar时,聚(PEA-TMC)/PS复合膜的CO_2渗透速率为55 GPU,CO_2/N2的分离因子为103。PEGda的加入,使得CO_2的渗透速率及CO_2/N2的分离因子均有所增加。当PEGda/PEA浓度比为0.2,进料压力为1 bar时,聚(PEGda-PEA-TMC)/PS复合膜的CO_2渗透速率为93 GPU,CO_2/N2的分离因子为266。(2)聚(PEA-MMT-TMC)/PS复合膜及聚(PEA-HT-TMC)/PS复合膜的制备通过剧烈搅拌将蒙脱土(MMT)剥离成片层,将得到的胶体溶液加入PEA水相单体中,采用界面聚合方法制备聚(PEA-MMT-TMC)/PS复合膜。制备出镁铝水滑石(HT),通过超声的方法使其剥离成片层结构,加入PEA水相单体中,同样采用界面聚合的方法制备出聚(PEA-HT-TMC)/PS复合膜。结果表明,MMT及HT纳米片的加入,使得膜的CO_2渗透速率提高,但CO_2/N2的分离因子降低。当MMT的浓度为0.068wt%,进料压力为1 bar时,聚(PEA-MMT-TMC)/PS复合膜的CO_2渗透速率为95 GPU,CO_2/N2的分离因子为37。当HT的浓度为0.25wt%,进料压力为1 bar时,聚(PEA-HT-TMC)/PS复合膜的CO_2渗透速率为90 GPU,CO_2/N2的分离因子为45。(3)聚(PEA-PRG-TMC)/PS复合膜的制备将氧化石墨烯(GO)进行化学处理后制备多孔石墨烯(PRG)。将PRG加入PEA水相单体中,采用界面聚合方法制备聚(PEA-PRG-TMC)/PS复合膜。结果表明,PRG的加入能够为CO_2提供高速传递通道,使得膜的渗透速率及分离因子均有所提高。当PRG浓度为0.05wt%,进料压力为1 bar时,聚(PEA-PRG-TMC)/PS复合膜的CO_2渗透速率为70 GPU,CO_2/N2的分离因子为130。由于基于无机纳米片的CO_2分离膜具有较高的CO_2渗透速率,为该膜实现工业化的应用奠定了基础。
杨东晓[7]2009年在《分离CO_2固定载体膜传质机理及其膜过程模拟和优化研究》文中进行了进一步梳理固定载体膜因其中的活性载体可以与CO_2发生可逆化学作用,大大促进了CO_2在膜中的传递,因此这类膜具有良好的CO_2分离性能和很大的应用潜力。目前,固定载体膜的传质机理尚未完全探明,对固定载体膜应用过程的研究更是缺乏。本文研究了固定载体膜的促进传递机理,对分离CO_2固定载体膜的应用过程进行了模拟和优化。研究结果对固定载体膜的开发和应用具有重要指导作用。本文以两种含胺基固定载体膜为例,对固定载体膜促进传递过程的一般特征和规律进行了实验验证,为固定载体膜传质机理的研究提供了数据基础。对固定载体膜促进传递过程微观机制进行分析,提出了平衡浓度区理论,进而建立了新的传质数学模型。利用该模型得到固定载体膜内传质阻力的非均匀分布和固定载体膜渗透速率与膜厚度的非线性关系。通过对不同温度条件下实验数据的拟合,得到固定载体膜内CO_2扩散过程和CO_2与载体相互作用的表观活化能,数值均在文献报道范围内。对伊春海博士提出的促进传递模型进行改进,得到了考虑渗透侧压力影响的渗透速率数学模型。利用模型分析的结果表明,在不同的渗透侧压力条件下,组分的渗透速率是不同的,较低的渗透侧压力有利于提高固定载体膜中的渗透速率。据此,本文提出了针对固定载体膜的进料侧加压(压力保持在较低范围)和渗透侧抽真空相结合的压力操作模式。针对天然气脱除CO_2和燃烧尾气捕集CO_2两个重要的分离CO_2过程,分析了并流模型、逆流模型和错流模型的模拟结果,证明错流模型适用于两种过程,而且具有简易的特点。利用错流模型对固定载体膜在两种分离CO_2过程中的应用潜力进行了研究,比较了单级过程和带有循环流二级过程的分离性能。结果表明,对上述两个分离CO_2过程,固定载体膜都比现有商品膜更容易实现分离目标;与单级过程相比,带有循环流二级过程的分离效果显着提高。对带有循环流二级过程的操作压力进行优化,使分离CO_2的成本大大降低,并可与胺吸收法相竞争,说明固定载体膜在燃烧尾气捕集CO_2领域具有良好的应用潜力。本文还对带有循环流二级过程进行了参数分析。结果表明,对于分离因子较大的膜,提高慢气(渗透速率较低的气体组分)渗透速率,可以减少过程所需膜面积;对于分离因子较小的膜,提高分离因子,循环气流量降低,过程所需膜面积减少。采用较高分离因子的膜和较低的操作压力比,可以得到更高CO_2浓度渗透气,有利于对富含CO_2的渗透气的后续处理(例如地下埋存)。
赵倩倩[8]2016年在《用于分离CO_2/N_2的固定载体复合膜制备及性能研究》文中研究指明膜分离被认为是当今绿色、高效的CO2分离与捕集技术之一,因此,开发低成本、高分离性能的CO2分离膜成为当今研究热点。本文主要是以商业聚砜(PS)超滤膜为底膜,通过Dip-coating和Drop-coating两种制膜方法在PS底膜上涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为“gutter layer”层,选用聚乙烯基胺(PVAm)和高分子量的聚醚胺(PEA)作为分离层,一步法简单快速地制备PVAm-PEA/PDMS/PS固定载体复合膜。通过比较两种方法所制备的复合膜的气体渗透性能,选出性能最优的复合膜作为底膜,通过添加不同含量的ZIF-8纳米颗粒,制备用于分离CO2/N2的气体分离膜。通过一系列的表征和测试,考察每种复合膜对CO2/N2的气体渗透性能的影响,主要内容及结论如下:(1)采用Dip-coating的方法在PS超滤膜表面涂覆不同浓度的PDMS层来制备PDMS/PS复合膜,通过气体渗透性能测试得出在PDMS的质量分数为2%时CO2和N2的气体渗透速率最大,在0.1 MPa下分别达到560 GPU和95 GPU。再以2%PDMS/PS复合膜作为底膜,以相同的方法在膜表面涂覆PVAm-PEA,通过对不同含量的PVAm-PEA/PDMS/PS固定载体复合膜进行气体渗透性能测试,结果表明:在质量分数为3%时,其CO2的渗透速率(49 GPU)和CO2/N2的分离因子(92)最大。(2)参照上一部分研究成果,通过Drop-coating的制膜方法在商业PS超滤膜上分别涂覆质量分数为2%的PDMS中间层以及对CO2具有促进传递作用的PVAm-PEA分离层,通过对照实验,探索复合膜的形成机理。通过对膜的气体渗透性能测试得到性能最优的复合膜,其CO2渗透速率和CO2/N2分离因子最大,分别达到103 GPU和96。此方法制备的复合膜的CO2/N2渗透性能高于Dip-coating制膜方法所制备的复合膜。(3)室温下,在水溶液中快速、高效地合成粒径大小为60 nm左右的ZIF-8纳米颗粒。以Drop-coating的制膜方法制备出以PVAm-PEA/PDMS/PS复合膜为基膜,通过添加不同量的ZIF-8纳米颗粒制备一系列的固定载体复合膜。通过对不同ZIF-8含量的复合膜进行表征以及气体分离性能测试得出:当ZIF-8的质量分数为0.05%时,CO2的渗透速率和CO2/N2的分离因子最大,分别达到59 GPU和203。由于该复合膜具有高的CO2渗透速率和CO2/N2分离因子,因此,其在分离CO2/N2气体方面具有很大的应用前景。
何玉鹏[9]2015年在《介孔分子筛和环状小分子胺改性聚乙烯基胺制备高性能CO_2分离膜》文中提出提高CO_2分离膜在常温下和高温下的渗透选择性能,对于分离CO_2膜技术的实际应用有重要意义。为此,本文一方面,利用介孔分子筛MCM-41共混改性聚乙烯基胺(PVAm),制备混合基质复合膜,以提高膜在常温下的渗透选择性能;另一方面,利用环状小分子胺2-氨基对苯二酸(AA)化学交联改性PVAm,制备复合膜,以提高膜在高温下的渗透选择性能。首先,利用接枝了胺基的MCM-41(MCM-NH_2)改性PVAm,进而制备PVAm-MCM-NH_2/聚砜(PSf)混合基质复合膜。接枝的胺基可以提高分子筛和PVAm的相容性,同时胺基可以与CO_2发生可逆反应,促进CO_2在膜内的传递。此外,分子筛的孔道结构有利于CO_2分子高速优先透过。因此,添加MCM-NH_2后膜的渗透选择性能得到提高。用CO_2/N2混合气考察了不同MCM-NH_2添加量的PVAm-MCM-NH_2/PSf膜的渗透选择性能。涂膜液中mMCM-NH_2/mPVAm为0.2的PVAm-MCM-NH_2/PSf膜,测试温度为22 oC、进料气压力0.15 MPa时,CO_2渗透速率可达1269 GPU,CO_2/N2分离因子可达136。此外,考察了湿涂层厚度、添加乙二胺及热处理等制膜条件对PVAm-MCM-NH_2/PSf膜渗透选择性能的影响。结果表明,增大湿涂层厚度(从50μm到100μm)、添加乙二胺以及热处理(80 oC,1 h)等制膜条件会降低膜的渗透选择性能,只有增大湿涂层厚度可以提高膜在高压下的分离因子。其次,利用AA化学交联PVAm,进而制备PVAm-AA/PSf复合膜。红外光谱和X射线光电子能谱表征结果表明,AA和PVAm之间形成了共价键,可以限制聚合物链段的自由移动,提高膜结构的热稳定性。同时,AA的引入可以提高膜内有效载体浓度,提高膜的CO_2渗透速率和分离因子。用CO_2/N2混合气考察了PVAm/PSf和PVAm-AA/PSf膜的渗透选择性能,结果表明交联后膜在较高温度下的渗透选择性能得到了明显改善,当测试温度为120°C、进料气压力为0.3 MPa时,PVAm-AA/PSf膜的CO_2渗透速率可达661 GPU,CO_2/N2分离因子可达95,远高于PVAm/PSf膜在相同条件下的渗透选择性能。同时,当测试温度为120°C时,PVAm-AA/PSf膜的分离性能表现出良好的时间稳定性。此外,PVAm-AA/PSf膜在较高温度下对CO_2/CH4和CO_2/H2都表现出了较好的分离性能。
沈江南[10]2005年在《固载促进传递CO_2分离膜的研究》文中研究说明CO_2等酸性气体的膜分离技术研究已成为最受世界瞩目的关于能源和环境问题的重大课题之一。普通高分子膜因受Robeson上限的限制,往往很难同时满足高渗透系数和高选择的要求,而促进传递膜却可以突破这一限制。固载促进传递CO_2分离膜是一类很有发展前景的新型分离膜,无论是膜材料的开发研究还是CO_2在固载促进传递膜中的传递机理的探索都是亟待解决的问题。 本文通过分析待分离气体、高分子膜材料、活性载体以及水之间的相互作用,从高分子膜材料的选择以及载体的选择等几个方面提出了一些原则以指导CO_2固定载体膜的研制。基于这些原则,本文通过自由基共聚合成了丙烯酰胺——马来酸酐共聚物poly(AM-MA)、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯—丙烯酸共聚物poly(DM-AA)和采用水溶液沉淀聚合法合成了甲基丙烯酸二甲胺基乙酯—丙烯腈共聚物poly(DM-AN)。考察了反应条件对共聚反应的影响,结果发现控制单体配比可以调节共聚物的组成。分别以丙烯酰胺—马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯—丙烯酸共聚物为表层,以聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)超滤膜和醋酸纤维素(CA)为支撑底膜制成复合膜。以甲基丙烯酸二甲胺基乙酯—丙烯腈共聚物为表层,以聚四氟乙烯(PTFE)微滤膜为支撑膜制成复合膜。利用粘度法、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、凝胶色谱(GPC)、核磁共振(NMR)、元素分析、示差扫描量热法(DSC)、环境扫描电子显微镜(ESEM)等方法对叁种材料以及制成的复合膜的物理化学结构和形态结构进行了分析,复合膜表层致密光滑,与支撑层紧密结合。以CO_2/CH_4体系为研究对象,考察了各种共聚物均质膜的吸附性能,在100KPa压力,298K下,共聚合物poly(AM-MA)膜对CO_2的平衡吸附量在45～70mg(CO_2)·(g(干膜))~(-1)之间;而共聚物对CH_4的平衡吸附量仅为4mg(CH_4)·(g(干膜))~(-1)左右;在100Kpa,298K下,共聚合物poly(DM-AN)膜对CO_2的平衡吸附量在4.5～7.5cm~3(CO_2)/cm~3(干膜)之间,而对CH_4的平衡吸附量仅为1.788cm~3(CH_4)/cm~3(干膜)左右;共聚合物poly(DM-AA)膜对CO_2的平衡吸附量在7.0～9.0cm~3(CO_2)/cm~3(干膜)之间,而对CH_4的平衡吸附量仅为1.82cm~3(CH_4)/cm~3(干膜)左右。而且发现共聚物膜对CH_4的吸附符合亨利定律,而对CO_2的吸附符合双方式吸附模式,共聚物膜优先选择吸附CO_2,共聚物对CO_2的这种可逆的高容量高选择性吸附是共聚物膜具有促进传递效应和能够高透气量高选择性分离CO_2的先决条件。 本文考察了各种复合膜的透过选择性能,系统研究了各种因素如支撑膜材料、操作压力、载体含量等性能的影响。在进料压力为1140Pa,298K下,poly(AM-MA)膜的CO_2渗透速率为5×10~(-12)cm~3(STP)/cm~2.s.Pa,CH_4的渗透速率为2×10~(13)cm~3(STP)/cm~2.s.Pa;poly(DM-AN)膜的CO_2的渗透速率可达3.53×
参考文献：
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[2]. 分离CO_2/CH_4固定载体复合膜的制备与性能研究[D]. 张颖. 天津大学. 2002
[3]. PVSA/PVAm共混复合膜的制备及其CO_2分离性能的研究[D]. 张莉莉. 天津大学. 2004
[4]. 分离CO_2膜传质机理及其过程模拟研究[D]. 张晨昕. 天津大学. 2014
[5]. 抗氧化耐酸分离CO_2膜制备及性能研究[D]. 王明明. 天津大学. 2012
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[7]. 分离CO_2固定载体膜传质机理及其膜过程模拟和优化研究[D]. 杨东晓. 天津大学. 2009
[8]. 用于分离CO_2/N_2的固定载体复合膜制备及性能研究[D]. 赵倩倩. 郑州大学. 2016
[9]. 介孔分子筛和环状小分子胺改性聚乙烯基胺制备高性能CO_2分离膜[D]. 何玉鹏. 天津大学. 2015
[10]. 固载促进传递CO_2分离膜的研究[D]. 沈江南. 浙江大学. 2005
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