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CO2是引起全球气候变暖的主要温室气体之一,同时也是一种重要的“潜在碳资源”,因此CO2的分离与纯化受到广泛关注。相比于传统的CO2分离方法,膜分离技术以其独特的优势而受到青睐。本文以聚芳醚酮类材料聚醚醚酮(PEEK)为基础材料,在其基础上进行一系列的改性,制备不同的聚合物膜并用于CO2/CH4混合气体的分离。具体研究内容如下:采用后磺化法,使用浓硫酸作磺化剂对聚醚醚酮(PEEK)进行磺化改性制备一系列具有不同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK),SPEEK是一种具有高吸水性和溶胀行为的聚合物电解质高分子。通过流延法制备SPEEK膜并对CO2/CH4体系进行分离。考察了SPEEK膜的磺化度、原料气压力及操作温度对膜的物理化学性质及分离性能的影响。结果表明,磺化度的提高增加了膜内的含水量,使得气体分离性能提高。综合考虑膜的分离性能及机械强度,实验选取磺化度为65%的SPEEK膜为基膜进行下步的实验,SPEEK-65膜的CO2渗透系数为25.4 Barrer,CO2/CH4选择性为37.0。将三种磷酸盐Na H2PO4、Na2HPO4、Na3PO4分别加入到SPEEK中制备聚合物膜,并对CO2/CH4体系进行分离。考察了掺杂盐的酸碱性、盐的含量及不同操作条件(温度、压力)对膜的物理化学性质及分离性能的影响。结果表明,掺杂磷酸盐膜的气体分离性能要优于纯SPEEK膜的气体分离性能;同时,掺杂相同含量不同磷酸盐类型的三种膜的气体分离性能大小为:SPEEK/Na3PO4>SPEEK/Na2HPO4>SPEEK/Na H2PO4。盐的掺杂及盐的碱性的增强都有利于促进CO2在膜中的传递。SPEEK/Na3PO4-10膜的CO2渗透系数为62.0 Barrer,CO2/CH4选择性为61.0。制备了SPEEK/LS膜并用于CO2/CH4体系的分离。其中,氢氧化钠与赖氨酸按摩尔比为1:1制备赖氨酸钠。实验考察了赖氨酸钠的添加量及不同操作条件(温度、压力)对膜的物理化学性质及分离性能的影响。结果表明,随着赖氨酸钠在膜中含量的增加,CO2渗透系数及CO2/CH4选择性均随之增加。赖氨酸钠的存在使得膜中含水量提高,极性-COOH的存在强化了溶解机制;氨基的存在增加了反应选择性,以上作用协同促进了CO2在膜内的传递。在赖氨酸钠添加量为20 wt%时,CO2渗透系数为295.6 Barrer,CO2/CH4选择性为71.8。