乙基纖維素氣體復(fù)合膜的制備與改性研究.pdf

1、為了滿足工業(yè)氣體分離要求，分離膜須要高氣體滲透速率和分離因子，通常采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜一般由多孔支撐層和涂覆的致密皮層兩部分組成，膜的微觀結(jié)構(gòu)與涂層材料性質(zhì)都影響著復(fù)合膜的性能。分子結(jié)構(gòu)中含有大量醚氧鍵的乙基纖維素(EC)對(duì)CO2/不凝性氣體（如N2、CH4等）具有較好的分離性能，其均質(zhì)膜因膜厚較大，氣體滲透速率低，不能滿足工業(yè)氣體分離要求。本文分別以常用多孔聚醚酰亞胺(PEI)膜和聚丙烯(PP)膜為基膜制備了EC復(fù)合膜，

2、具有高的氣體滲透速率和分離因子，對(duì)乙基纖維素膜分離捕集CO2的工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。
　　首先，通過溶劑與EC間的溶解度參數(shù)和溶劑沸點(diǎn)分析，結(jié)合復(fù)合膜氣體滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選出乙醇為溶劑的EC涂膜液體系。以多孔PEI膜為基膜，研究得到的較優(yōu)EC/PEI復(fù)合膜制各工藝條件為EC涂層膜液濃度范圍為6-10wt.％，溶劑蒸發(fā)溫度范圍為40-70℃。該工藝條件下制備的EC/PEI復(fù)合膜CO2/CH4、 CO2/N2和O2/N2的分離因子最高可

3、達(dá)到66.4、27.2和5.7，CO2滲透速率達(dá)到10.75GPU。
　　其次，為降低復(fù)合膜氣體傳質(zhì)阻力，提高復(fù)合膜的氣體滲透速率，選用孔徑與孔隙率較大的聚丙烯(PP)為基膜，同時(shí)降低EC涂膜液濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:EC/PP復(fù)合膜的較優(yōu)的涂膜液濃度范圍為2-3wt.％，溶劑蒸發(fā)溫度為30℃，熱處理不利于EC/PP復(fù)合膜的性能改善，低溫高壓的操作條件有利于EC/PP復(fù)合膜的氣體分離因子的提高;2wt.％EC濃度和30℃成膜工藝條件下

4、制備出的EC/PP復(fù)合膜CO2滲透速率可達(dá)到94.62GPU，CO2/N2、 CO2/CH4和O2/N2的分離因子分別為27.7、12.8和3.8。
　　同時(shí)，采用拓展的Henis氣體阻力模型分析兩種復(fù)合膜的氣體滲透行為。在EC/PEI和EC/PP兩種復(fù)合膜中，多孔PEI基膜起到了支撐層和部分氣體分離作用，而多孔PP膜只起到支撐層作用，涂層EC主導(dǎo)EC/PP復(fù)合膜的氣體分離。
　　最后，為進(jìn)一步提高EC/PP復(fù)合膜的CO2/

5、不凝性氣體分離性能，選用對(duì)CO2具有較好溶解選擇性的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(BmimBF4)和1-丁基-3甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(BmimTf2N)對(duì)EC/PP復(fù)合膜進(jìn)行共混改性。研究表明，改性膜的滲透速率隨著離子液體共混量的增加而降低，而分離因子隨之升高; BmimBF4與BmimTf2N共混改性的EC/PP復(fù)合膜CO2/N2分離因子最高分別可達(dá)37.7和38.0，CO2/CH4的分離因子最高分別達(dá)到了16.9和19.9