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碳酸酐酶(CA)是一种典型的生物酶,能够催化CO2水合,速率高达106s-1,在酸性气体CO2的吸收和分离方面具有极大的潜力。CA易失活的特点限制了其应用。基于此,本文采用仿生的观点,模拟CA活性中心,制备了仿生材料——聚乙烯基咪唑-锌(PVI-Zn),考查了其在CO2/N2分离膜上的应用和性能。以N-乙烯基咪唑为单体,采用沉淀聚合法制备了聚乙烯基咪唑(PVI),然后与醋酸锌配位合成PVI-Zn。采用紫外光谱、红外光谱和13C-NMR核磁共振谱等测试手段对配合物进行了表征,结果表明PVI和Zn2+之间能形成特定的配位结构。以PVI-Zn为分离层,聚砜(PS)超滤膜为支撑层制备了PVI-Zn/PS复合膜,以CO2/N2为分离体系考查了复合膜的选择透过性能,系统研究了PVI/Zn比例、PVI分子量、分离层厚度、锌盐种类、涂膜液pH值等对膜性能的影响。结果表明,PVI-Zn/PS复合膜具有良好的CO2渗透选择性能,具有典型的促进传递的特点。当PVI/Zn摩尔比为10时,PVI-Zn/PS复合膜性能最佳,Zn2+和PVI之间的配位结构最优。高分子PVI-Zn制备的超薄膜在0.11MPa下的CO2渗透速率达到984GPU,CO2/N2分离因子达到67,1.6MPa下CO2渗透速率和CO2/N2分离因子分别降至213GPU、8。热处理后复合膜抗塑化能力和高压下的CO2/N2分离因子得到提高。涂膜液酸度影响配位结构的稳定性、空间结构和络合物的数量,当涂膜液pH=5时,复合膜性能最佳,在0.11MPa下的CO2渗透速率为1147GPU,CO2/N2分离因子为83。此外,考查了温度和湿度对PVI-Zn/PS复合膜的渗透选择性能的影响。结果表明该膜具有较好的耐高温性,在原料气无加湿的情况下,性能急剧恶化。以Cu2+和Mg2+为配位金属离子,PVI为配体合成络合材料。结果表明Cu2+和Mg2+都能和PVI配位形成金属络合物,金属配合物与CO2相互作用的能力相差很大,膜渗透性能依次增加的顺序为PVI-Cu/PS<PVI-Mg/PS<PVI-Zn/PS。PVI-Mg/PS膜的分离性能略低于PVI-Zn/PS膜,PVI-Mg可以作为另外一种仿生材料。