用于CO2分離的ILs-PAN共混復(fù)合膜制備及優(yōu)化.pdf

1、CO2的分離和捕集對(duì)減少溫室效應(yīng)、提高能源利用率具有重要意義。采用膜法進(jìn)行分離相比于傳統(tǒng)工藝具有能耗低、設(shè)備投資小、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。室溫離子液體具有蒸氣壓低難揮發(fā)、結(jié)構(gòu)可調(diào)、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，許多咪唑類離子液體對(duì)CO2具有良好的溶解選擇性，其在CO2膜分離領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。近年來氣體分離的研究中離子液體常用來制備成離子液體支撐液膜(SILM)，但在跨膜壓差較高的操作條件下膜的分離性能和使用壽命都會(huì)下降;聚離子液體膜的開發(fā)有

2、效減少了膜液流失，但制備的膜滲透性較差，并且可用于聚合的單體較少;在前兩種膜的基礎(chǔ)上，制備離子液體-聚合物共混膜能在一定程度上改善膜的穩(wěn)定性和滲透性。
　　本文首先確定了離子液體-聚合物共混復(fù)合膜的制備工藝，采用溶劑蒸發(fā)法作為制膜方法，通過實(shí)驗(yàn)確定了以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([bmim][BF4])和聚丙烯腈（PAN）共混體系為膜液，聚丙烯(PP)微孔膜為支撐層制備共混復(fù)合膜，通過正交試驗(yàn)考察了影響膜性能的主要因素，確定

3、了離子液體含量、聚合物濃度以及溶劑蒸發(fā)溫度對(duì)膜氣體滲透性能影響的主次順序，離子液體的添加使復(fù)合膜的分離性能有明顯提高，結(jié)果表明離子液體含量對(duì)膜的滲透速率和選擇性貢獻(xiàn)最大。
　　進(jìn)一步考察離子液體含量和聚合物濃度對(duì)膜性能的影響，進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在[bmim][BF4]和PAN(Mw=20，000)的共混體系中，離子液體對(duì)復(fù)合膜氣體分離性能有明顯改善，膜的CO2氣體選擇性和滲透速率都隨著離子液體含量的提高而增大，當(dāng)[bmim][BF4]

4、含量達(dá)到45wt.％后，膜內(nèi)離子液體逐漸變?yōu)檫B續(xù)相，微觀分相現(xiàn)象加劇，在[bmim][BF4]含量從40wt.％提高到60wt.％的過程中，其CO2/N2選擇性從7.15增加到54.32，CO2滲透速率從5.29GPU提升到13.58GPU?？疾炝瞬僮鳁l件對(duì)膜性能的影響，復(fù)合膜的分離性能在一定范圍內(nèi)隨著跨膜壓差的增大而提升，在跨膜壓差從0.1MPa提升到0.6MPa的過程中，膜的滲透速率和選擇性都有一定提升，顯示了其耐壓穩(wěn)定性有所提高;

5、測(cè)試溫度的升高會(huì)使離子液體粘度降低，CO2滲透速率增大。
　　為得到分離性能更高的復(fù)合膜，采用滲透系數(shù)較大的[bmim][Tf2N]為離子液體以增大膜的滲透速率，聚合物選用PAN(Mw=90，000)，結(jié)果表明[bmim][Tf2N]的添加使復(fù)合膜氣體分離性能有明顯提升，在離子液體含量達(dá)到50wt.％后，離子液體逐漸變?yōu)檫B續(xù)相，增加了CO2氣體的傳遞通道;氣體滲透性能測(cè)試顯示其CO2滲透速率可達(dá)34.76GPU，CO2/N2和CO