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聚醚共聚酰胺多層復合氣體分離膜

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【中文關鍵詞】二氧化碳分離  多層復合膜  聚醚共聚酰胺  
【摘要】采用浸漬涂覆法,以聚醚共聚酰胺PEBA1074嵌段高分子為選擇層膜材料制備具有超薄分離層的PEI/PDMS/PEBA1074/PDMS多層復合氣體分離膜,探討了操作條件對H2、N2、CH4和CO2等在多層復合膜中的滲透性能的影響.多層復合膜對極性氣體具有較高的滲透通量,并且對極性/非極性氣體分離體系具有較高的選擇性.CO2對多層復合膜存在增塑作用,其滲透通量隨操作壓力的增加而增加;隨著操作溫度的升高,H2、N2、CH4和CO2在復合膜中的滲透通量顯著增大,而CO2/非極性氣體(H2、N2和CH4)的分離系數減小.氣體滲透通量與溫度的關系在PEO鏈段熔點的上下分別滿足不同的Arrhenius方程.當操作溫度大于PEO鏈段熔點溫度時,氣體的滲透活化能減小.
【部分正文預覽】

隨著全球工業化的發展,溫室氣體CO2的排放量逐步增大,預計2030年CO2的年排放量將超過400億t.中國在聯合國氣候變化峰會上承諾將在2020年以前大幅度降低單位國內生產總值的CO2排放強度.此外,CO2在食品、工業、農業、醫藥、石油開采等領域都有著極其廣泛的應用[1,2].因此,回收利用CO2是我們目前面臨的重要課題.目前用于CO2分離的方法主要有液體溶劑吸收法、低溫精餾法、分子篩吸附法和氣體膜分離法[3]等.相對于其它分離方法,膜分離法具有無相變、低能耗、設備簡單、操作方便等特點.其運行可靠性高,處理時不會出現高溫或其它極端情況[4].從環境友好和節能的角度來講,膜分離無疑是個很有發展前途的分離方法.但是目前氣體分離膜的滲透通量和分離性能制約其工業化發展,開發新型膜材料是CO2膜分離的研究熱點之一.由聚醚(PE)鏈段和聚酰胺(PA)鏈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脫除方面展示出廣闊的應用前景.Pebax 中的PA 剛性鏈段為尼龍6(PA6)或尼龍12(PA12)提供機械強度;PE柔性鏈段為聚環氧乙烷(PEO)或聚環氧丁烷(PTMO)提供較大的自由體積.通過改變PA 和PE鏈段的組成及含量,可以得到PEBA 系列產品.國內外很多學者對此種材料進行過研究.Kim 等[5]、Bondar等[6]以及劉 麗等[7]通過蒸發凝膠法或熔融拉伸法制備PEBA 均質膜,發現PEBA 嵌段高分子對極性/非極性氣體的分離具有良好的滲透選擇性,但目前的研究多集中于PEBA材料本征性能的研究.為了實現工業化應用,制備以PEBA為分離層的復合膜是十分必要的[7-11].劉 麗等[8]采用水面鋪展法制得了無缺陷的PEBA2533超薄復合膜,得到較高的滲透通量及選擇性.一些學者采用浸漬涂覆法制得PEBA2533[7,11]以及PEBA1657[10]等復合氣體分離膜用于CO2的分離.

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