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随着工业化的发展，化石能源燃烧量增加，导致全球CO2排放量急剧增加，造成了气候变暖和冰山消融非常严峻的问题，威胁着人类的生存和社会的可持续发展，引起了人们的广泛关注。人们急需找到一种快速有效的方法来遏制CO2排放量的持续增加。在这严峻的形势下，气体分离膜以其高效、可持续、绿色等优点，得到人们广泛的关注。本文以聚乙烯醇(PVA)为基质，通过与聚乙二醇(PEG)、木质素磺酸钠(NaLs)和胺基化木质素磺酸钠(amine-NaLs)材料共混，制备了具有高分离因子的共混膜，具体研究内容如下：
(1)本章先将PVA和PEG两种高分子共混，然后将木质素磺酸钠加入聚乙烯醇/聚乙二醇(PVA/PEG)共混溶液中，经过戊二醛(GA)交联，制备聚乙烯醇/聚乙二醇/木质素磺酸钠(PVA/PEG/NaLs)共混膜。用XRD和FTIR对膜的微观结构进行表征，研究了PEG含量、NaLs含量、制膜液pH、PVA浓度、成膜温度、成膜时间、热处理时间、戊二醛含量、膜中水含量、进气压力、操作温度、混合气及稳定性等因素对膜分离性能的影响。共混膜经过XRD表征，发现加入NaLs后，共混膜在20°的峰强度降低，表明加入NaLs后膜的结晶度降低。膜FTIR表明NaLs加入到膜中。结果表明：在室温、1bar下，NaLs含量为7.5wt%时，PVA/PEG/NaLs膜的CO2渗透系数为121.9Barrer；CO2/N2选择性为110.8。在长达315h混合气测试中，制备的共混膜仍保持良好的分离稳定性，经测试得知CO2渗透系数平均值达到135.3Barrer，CO2/N2的选择性达到90。PEG醚氧基团可以提高膜对CO2的亲和性，提高共混膜的选择性能。木质素磺酸钠含有极性醚氧基和磺酸基，这些极性基团与CO2四极矩之间有亲和力，能提高膜对CO2的溶解作用，增加CO2的渗透系数。其次，NaLs具有盐析效应，一方面能有效降低不凝气体(N2、CH4)在膜中的溶解度；另一方面NaLs结合周围的水分子延长了不凝气体(N2、CH4)在膜中的扩散路径，而CO2能通过形成HCO3-离子在膜中快速传递，能大幅提高膜的分离效果。
(2)本章先通过曼尼希反应合成胺基化木质素磺酸钠(amine-NaLs)材料，然后将PVA和PEG两种高分子共混，然后将amine-NaLs加入PVA/PEG共混溶液中，经过戊二醛交联，制备聚乙烯醇/聚乙二醇/胺基化木质素磺酸钠(PVA/PEG/amine-NaLs)共混膜。用XRD和FTIR对材料和膜的微观结构进行表征，研究了胺值量、amine-NaLs含量、膜厚度、制膜液pH、热处理温度、膜中水含量、进气压力、操作温度、混合气及稳定性等因素对膜分离性能的影响。材料FTIR表明amine-NaLs成功合成。共混膜的FTIR表明amine-NaLs加入到膜中。XRD表明加入amine-NaLs后，共混膜20°的峰强度降低，但比不改性的共混膜峰强度要高，是因为amine-NaLs材料的胺基与PVA形成氢键。结果表明：在室温、1bar下，amine-NaLs含量为10wt%时，PVA/PEG/amine-NaLs共混膜的CO2渗透系数为178.3Barrer；选择性为162.1。胺基化改性的NaLs可以把胺基的传递作用和NaLs的盐析效应结合起来，增加膜的CO2渗透性和CO2/N2选择性。改性的NaLs引入了胺基基团，胺基能与CO2发生可逆反应，生成氨基甲酸酯和碳酸氢根离子，传递到膜的另一侧并释放CO2。因此，胺基具有促进传递作用，能显著提高共混膜对CO2的溶解性和扩散性，从而提高膜的CO2渗透性和选择性。
(1)本章先将PVA和PEG两种高分子共混，然后将木质素磺酸钠加入聚乙烯醇/聚乙二醇(PVA/PEG)共混溶液中，经过戊二醛(GA)交联，制备聚乙烯醇/聚乙二醇/木质素磺酸钠(PVA/PEG/NaLs)共混膜。用XRD和FTIR对膜的微观结构进行表征，研究了PEG含量、NaLs含量、制膜液pH、PVA浓度、成膜温度、成膜时间、热处理时间、戊二醛含量、膜中水含量、进气压力、操作温度、混合气及稳定性等因素对膜分离性能的影响。共混膜经过XRD表征，发现加入NaLs后，共混膜在20°的峰强度降低，表明加入NaLs后膜的结晶度降低。膜FTIR表明NaLs加入到膜中。结果表明：在室温、1bar下，NaLs含量为7.5wt%时，PVA/PEG/NaLs膜的CO2渗透系数为121.9Barrer；CO2/N2选择性为110.8。在长达315h混合气测试中，制备的共混膜仍保持良好的分离稳定性，经测试得知CO2渗透系数平均值达到135.3Barrer，CO2/N2的选择性达到90。PEG醚氧基团可以提高膜对CO2的亲和性，提高共混膜的选择性能。木质素磺酸钠含有极性醚氧基和磺酸基，这些极性基团与CO2四极矩之间有亲和力，能提高膜对CO2的溶解作用，增加CO2的渗透系数。其次，NaLs具有盐析效应，一方面能有效降低不凝气体(N2、CH4)在膜中的溶解度；另一方面NaLs结合周围的水分子延长了不凝气体(N2、CH4)在膜中的扩散路径，而CO2能通过形成HCO3-离子在膜中快速传递，能大幅提高膜的分离效果。
(2)本章先通过曼尼希反应合成胺基化木质素磺酸钠(amine-NaLs)材料，然后将PVA和PEG两种高分子共混，然后将amine-NaLs加入PVA/PEG共混溶液中，经过戊二醛交联，制备聚乙烯醇/聚乙二醇/胺基化木质素磺酸钠(PVA/PEG/amine-NaLs)共混膜。用XRD和FTIR对材料和膜的微观结构进行表征，研究了胺值量、amine-NaLs含量、膜厚度、制膜液pH、热处理温度、膜中水含量、进气压力、操作温度、混合气及稳定性等因素对膜分离性能的影响。材料FTIR表明amine-NaLs成功合成。共混膜的FTIR表明amine-NaLs加入到膜中。XRD表明加入amine-NaLs后，共混膜20°的峰强度降低，但比不改性的共混膜峰强度要高，是因为amine-NaLs材料的胺基与PVA形成氢键。结果表明：在室温、1bar下，amine-NaLs含量为10wt%时，PVA/PEG/amine-NaLs共混膜的CO2渗透系数为178.3Barrer；选择性为162.1。胺基化改性的NaLs可以把胺基的传递作用和NaLs的盐析效应结合起来，增加膜的CO2渗透性和CO2/N2选择性。改性的NaLs引入了胺基基团，胺基能与CO2发生可逆反应，生成氨基甲酸酯和碳酸氢根离子，传递到膜的另一侧并释放CO2。因此，胺基具有促进传递作用，能显著提高共混膜对CO2的溶解性和扩散性，从而提高膜的CO2渗透性和选择性。