论文部分内容阅读
C02的分离和捕集对减少温室效应、提高能源利用率具有重要意义。采用膜法进行分离相比于传统工艺具有能耗低、设备投资小、操作简单、环境友好等优点。室温离子液体具有蒸气压低难挥发、结构可调、热稳定性好等优点,许多咪唑类离子液体对C02具有良好的溶解选择性,其在C02膜分离领域有较好的应用前景。近年来气体分离的研究中离子液体常用来制备成离子液体支撑液膜(SILM),但在跨膜压差较高的操作条件下膜的分离性能和使用寿命都会下降；聚离子液体膜的开发有效减少了膜液流失,但制备的膜渗透性较差,并且可用于聚合的单体较少；在前两种膜的基础上,制备离子液体-聚合物共混膜能在一定程度上改善膜的稳定性和渗透性。本文首先确定了离子液体-聚合物共混复合膜的制备工艺,采用溶剂蒸发法作为制膜方法,通过实验确定了以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([bmim][BF4])和聚丙烯腈(PAN)共混体系为膜液,聚丙烯(PP)微孔膜为支撑层制备共混复合膜,通过正交试验考察了影响膜性能的主要因素,确定了离子液体含量、聚合物浓度以及溶剂蒸发温度对膜气体渗透性能影响的主次顺序,离子液体的添加使复合膜的分离性能有明显提高,结果表明离子液体含量对膜的渗透速率和选择性贡献最大。进一步考察离子液体含量和聚合物浓度对膜性能的影响,进行优化实验。在[bmim][BF4]和PAN (Mw=20,000)的共混体系中,离子液体对复合膜气体分离性能有明显改善,膜的CO2气体选择性和渗透速率都随着离子液体含量的提高而增大,当[bmim][BF4]含量达到45wt.%后,膜内离子液体逐渐变为连续相,微观分相现象加剧,在[bmim][BF4]含量从40wt.%提高到60wt.%的过程中,其C02/N2选择性从7.15增加到54.32,CO2渗透速率从5.29GPU提升到13.58GPU。考察了操作条件对膜性能的影响,复合膜的分离性能在一定范围内随着跨膜压差的增大而提升,在跨膜压差从0.1MPa提升到0.6MPa的过程中,膜的渗透速率和选择性都有一定提升,显示了其耐压稳定性有所提高；测试温度的升高会使离子液体粘度降低,C02渗透速率增大。为得到分离性能更高的复合膜,采用渗透系数较大的[bmim][Tf2N]为离子液体以增大膜的渗透速率,聚合物选用PAN (Mw=90,000),结果表明[)mim][Tf2N]的添加使复合膜气体分离性能有明显提升,在离子液体含量达到50wt.%后,离子液体逐渐变为连续相,增加了C02气体的传递通道；气体渗透性能测试显示其CO2渗透速率可达34.76GPU, CO2/N2和CO2/CH4选择性分别达到49.51和24.14。