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目前广受关注的CO2、SO2捕集与分离技术主要有溶剂吸收法和膜分离法。其中溶剂吸收法已具有一定的工业规模,工艺较为成熟,但其缺点也很明显:该过程需要使用大型设备,装置能耗都较高,所用的胺基溶剂对装置有腐蚀性,生产过程运行中氧化降解现象较严重;膜分离法是基于混合气体中CO2、SO2与其他组分透过膜材料的速率不同而实现分离的,该方法投资低设备体积小、能耗低、操作弹性大,是发展迅速的气体分离技术,诸多科研机构,大中院校争相研究的热点。而将室温离子液体(RTILs)和支撑液膜相结合,一方面可发挥离子液体本身固有的电导性强、不可燃、无毒、很高的热稳定性与化学稳定性、而且几乎没有蒸汽压,粘度范围宽,并且由于其黏度大而具有极强的毛细作用,可以有效地减少溶剂从膜孔中转移出来;另一方面以膜作为载体,充分发挥了膜的优势,所构成的新型离子液体支撑液膜(SILMs)大大提高了其稳定性,解决了支撑液膜实际应用中的“瓶颈”问题。 ①根据SILMs的实际情况,以及离子液体与各气体间的相互作用机理,本文以溶解-扩散理论为基础,选择了恰当的经验公式与理论参数,从理论上证明了SILMs对不同气体的较好的渗透性能。 ②实验室合成了咪唑类离子液体:[BMIM][BF4],醇胺类离子液体:HEL,Du-HEL,Tri-HEL,并用红外与核磁进行了表征。选择了疏水性的PVDF膜作为膜基底,通过扫面电镜(SEM)、X射线能谱(EDX)等手段证明了SILMs使用前后的稳定性。结果显示:SILMs都能对所选择的单组份气体(CO2、 SO2、N2)具有一定的分离作用,在室温下,[BMIM][BF4]作为支撑液,跨膜压差达到0.2MPa的时候,SILMs对CO2、SO2、N2的渗透系数达到498barrer、612.3barrer、39.8barrer,此时的理论选择性CO2/N2达到14.3,SO2/N2的理论选择性达到17.6,但是实际选择实验的结果普遍略低于理论选择性。三种醇胺类离子液体支撑液膜对气体的渗透性能的次序为:HEL>Dul-HEL>Tri-HEL,它们对CO2、SO2的渗透性不符合溶解扩散理论。再者,随着跨膜压差的增大,在0.3MPa之下,气体的扩散系数略有增加,0.21MPa达到最大。另外,根据时间滞后理论所测得的对CO2的扩散系数为7.1×10-6cm2/s。 ③选择疏水性的PVDF中空纤维膜为支撑体,制备成离子液体支撑中空纤维膜,含有19根(小试)长20cm的离子液体支撑中空纤维膜的气体分离设备,经行模拟烟气分离尝试。结果显示:对于诸多的影响分离效果的因数,跨膜压差、温度、初始SO2含量、支撑液膜长度、支撑液种类,通过控制变量法知:[BMIM][BF4]作为支撑液的分离效果好于HEL,跨膜压差的增加有助于分离的效果,达到0.2MPa的时候趋于稳定,温度的增加也是有利于分离的,但影响不大且是不能超过50℃,否则离子液体就会从膜空中溢出;当使用最优的方案:用[BMIM][BF4]作为支撑液,7%的SO2体积含量,跨膜压差为0.2MPa时,膜后的SO2含量只5.1%,侧面的SO2含量可达26%。