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聚醚共聚酰胺多层复合气体分离膜

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【中文关键词】二氧化碳分离  多层复合膜  聚醚共聚酰胺  
【摘要】采用浸渍涂覆法,以聚醚共聚酰胺PEBA1074嵌段高分子为选择层膜材料制备具有超薄分离层的PEI/PDMS/PEBA1074/PDMS多层复合气体分离膜,探讨了操作条件对H2、N2、CH4和CO2等在多层复合膜中的渗透性能的影响.多层复合膜对极性气体具有较高的渗透通量,并且对极性/非极性气体分离体系具有较高的选择性.CO2对多层复合膜存在增塑作用,其渗透通量随操作压力的增加而增加;随着操作温度的升高,H2、N2、CH4和CO2在复合膜中的渗透通量显著增大,而CO2/非极性气体(H2、N2和CH4)的分离系数减小.气体渗透通量与温度的关系在PEO链段熔点的上下分别满足不同的Arrhenius方程.当操作温度大于PEO链段熔点温度时,气体的渗透活化能减小.
【部分正文预览】

随着全球工业化的发展,温室气体CO2的排放量逐步增大,预计2030年CO2的年排放量将超过400亿t.中国在联合国气候变化峰会上承诺将在2020年以前大幅度降低单位国内生产总值的CO2排放强度.此外,CO2在食品、工业、农业、医药、石油开采等领域都有着极其广泛的应用[1,2].因此,回收利用CO2是我们目前面临的重要课题.目前用于CO2分离的方法主要有液体溶剂吸收法、低温精馏法、分子筛吸附法和气体膜分离法[3]等.相对于其它分离方法,膜分离法具有无相变、低能耗、设备简单、操作方便等特点.其运行可靠性高,处理时不会出现高温或其它极端情况[4].从环境友好和节能的角度来讲,膜分离无疑是个很有发展前途的分离方法.但是目前气体分离膜的渗透通量和分离性能制约其工业化发展,开发新型膜材料是CO2膜分离的研究热点之一.由聚醚(PE)链段和聚酰胺(PA)链段共聚而成的聚醚共聚酰胺(PEBA,Arkema公司Pebax 系列)嵌段高分子膜材料在CO2脱除方面展示出广阔的应用前景.Pebax 中的PA 刚性链段为尼龙6(PA6)或尼龙12(PA12)提供机械强度;PE柔性链段为聚环氧乙烷(PEO)或聚环氧丁烷(PTMO)提供较大的自由体积.通过改变PA 和PE链段的组成及含量,可以得到PEBA 系列产品.国内外很多学者对此种材料进行过研究.Kim 等[5]、Bondar等[6]以及刘 丽等[7]通过蒸发凝胶法或熔融拉伸法制备PEBA 均质膜,发现PEBA 嵌段高分子对极性/非极性气体的分离具有良好的渗透选择性,但目前的研究多集中于PEBA材料本征性能的研究.为了实现工业化应用,制备以PEBA为分离层的复合膜是十分必要的[7-11].刘 丽等[8]采用水面铺展法制得了无缺陷的PEBA2533超薄复合膜,得到较高的渗透通量及选择性.一些学者采用浸渍涂覆法制得PEBA2533[7,11]以及PEBA1657[10]等复合气体分离膜用于CO2的分离.

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