一種複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法
2023-07-16 20:31:51 1
專利名稱：一種複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法，屬於高新技術及膜分離技術領域。
背景技術：
二氧化碳(CO2)分離是環境、能源、化工以及航空航天等領域的重要分離過程，是實現我國社會經濟未來低碳和可持續發展的重要課題。CO2分離技術首先要求效率高、能耗低，其次是過程簡單以及操作和維護簡便。目前(X)2分離比較有效的方法有化學吸收法、變壓吸附法、低溫蒸餾法等，但化學吸收法設備龐大、操作複雜；變壓吸附法吸附與解吸頻繁， 吸附劑用量大且不易再生；低溫蒸餾法能耗高等。與上述方法相比，膜技術具有結構緊湊、 操作簡單和高效節能的優點，是近年來國內外競相開發的環境友好型氣體分離技術。商品化的氣體分離膜材料經常採用以高分子材料製備的不對稱緻密膜為主體，如乙酸纖維素、聚碸、聚醯亞胺、聚4-甲基-1-戊烯、聚二甲基矽氧烷、聚三甲基矽烷-1-丙炔等。高分子材料的優勢在於膜易加工，可製成裝填密度大的中空纖維狀，具有極高的單位體積生產能力和較低的成本效益比。但大量研究表明，有機膜材料的氣體選擇性與滲透性之間存在一個上限-Robeson上限，表現為膜材料對氣體的選擇性和滲透通量的提高出現矛盾。另外，高分子氣體分離膜多為緻密膜，因而其滲透通量較低，這在一定程度上限制了高分子氣體分離膜在ω2分離技術中的應用。不同於已有的氣體分離膜及其製備方法，本發明在充分實驗的基礎上提出並實現了一種複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法。所公開的氣體分離膜由高分子多孔底膜為基膜，其上覆蓋一層聚合物/離子液體凝膠膜構成。離子液體作為(X)2氣體分離載體的研究受到廣泛關注，一方面，離子液體的陰陽離子均與(X)2有較強的相互作用，使其具有極高的(X)2 溶解選擇性，另一方面，離子液體的溶劑性質使材料同時又具有較高的氣體擴散係數。本發明所述離子液體為對(X)2有很強吸附能力的甲基咪唑六氟磷酸鹽。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有極高的氣體滲透率和分離選擇性複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法。本發明的技術方案一種複合凝膠型氣體分離膜，配方組分按重量份計如下包括1-10份聚合物、5-20份離子液體、70-90份溶劑和高分子多孔底膜；所述複合凝膠型氣體分離膜以高分子多孔底膜為基膜，其上覆蓋一層由聚合物、 離子液體和溶劑配置的凝膠膜構成。所述複合凝膠型氣體分離膜厚度為50-200 μ m。所述聚合物為聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯-醋酸乙烯酯中的一種或幾種的混合物。所述離子液體為1，3- 二甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種的混合物，由上海成捷化學有限公司提供。所述溶劑為四氫呋喃、丙酮、氯仿、乙酸乙酯和乙酸異丙酯中的一種或幾種的混合物。所述高分子多孔底膜為聚丙烯腈多孔底膜、聚偏氟乙烯多孔底膜、聚醚碸多孔底膜、聚乙烯多孔底膜、聚丙烯多孔底膜或聚碸多孔底膜中的一種。一種複合凝膠型氣體分離膜的製備方法，配方比例按重量份計製備步驟如下(1)制模液的製備將1-10份聚合物、5-20份離子液體和70_90份溶劑，在 20-60°C下，通過攪拌混合3- 後形成均勻透明的制膜液；(2)在溫度20_50°C、相對溼度40% -80%的條件下，將上述制膜液在高分子多孔底膜上刮成厚度為100-500 μ m的液膜，在空氣中乾燥Μ-4 !後，即得到產品複合凝膠型氣體分離膜。一種複合凝膠型氣體分離膜的應用，所述複合凝膠型氣體分離膜用於二氧化碳的分離。本發明具有以下優點本發明中，聚合物與離子液體形成的凝膠狀結構，有效地解決了滲透率與分離選擇性之間相互制約的關係，所公開的複合凝膠型氣體分離膜具有較高的氣體滲透率和分離選擇性，同時又具有很好的機械強度，具有廣闊的工業化應用前景，具體優點如下1、所述複合凝膠型氣體分離膜的製備方法採用溶劑蒸發法，製備工藝簡單，操作方便，效率高，生產重複性好。2、所述複合凝膠型氣體分離膜的分離層具有由聚合物與離子液體形成的凝膠狀結構，有效地解決了滲透率與分離選擇性之間相互制約的關係，具有較高的氣體滲透率和分離選擇性；3、所述複合凝膠型氣體分離膜具有很好的力學性能；4、所述複合凝膠型氣體分離膜的結構可控性強。
具體實施例方式以下是複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法的實施例，但所述實施例不構成對本發明的限制。實施例1本發明一種複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法，其特徵在於製備步驟如下其配方比例按質量百分數計(1)將10%聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、10% 1，3_ 二甲基咪唑六氟磷酸鹽、80%丙酮，在20°C下攪拌混合3小時後形成均勻透明的制膜液；(2)在20°C溫度、40%相對溼度下，將上述制膜液在聚碸多孔底膜上刮成厚度為 500 μ m的液膜，在空氣中乾燥24h後，即得到凝膠膜厚度為200 μ m的複合凝膠型氣體分離膜。將上述凝膠膜放入滲透池中，在20°C和0. IMPa條件下，用純C02、N2和H2分別測定它們的氣體滲透率
權利要求
1.一種複合凝膠型氣體分離膜，其特徵是配方組分按重量份計如下包括1-10份聚合物、5-20份離子液體、70-90份溶劑和高分子多孔底膜；所述複合凝膠型氣體分離膜以高分子多孔底膜為基膜，其上覆蓋一層由聚合物、離子液體和溶劑配置的凝膠膜構成。
2.根據權利要求1所述的複合凝膠型氣體分離膜，其特徵是所述複合凝膠型氣體分離膜厚度為50-200 μ m。
3.根據權利要求1所述的複合凝膠型氣體分離膜，其特徵是所述聚合物為聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯-醋酸乙烯酯中的一種或幾種的混合物。
4.根據權利要求1所述的複合凝膠型氣體分離膜，其特徵是所述離子液體為1，3-二甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、 1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求1所述的複合凝膠型氣體分離膜，其特徵是所述溶劑為四氫呋喃、丙酮、氯仿、乙酸乙酯和乙酸異丙酯中的一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1所述的複合凝膠型氣體分離膜，其特徵是所述高分子多孔底膜為聚丙烯腈多孔底膜、聚偏氟乙烯多孔底膜、聚醚碸多孔底膜、聚乙烯多孔底膜、聚丙烯多孔底膜或聚碸多孔底膜中的一種。
7.—種權利要求1所述複合凝膠型氣體分離膜的製備方法，其特徵是配方比例按重量份計製備步驟如下(1)制膜液的製備將1-10份聚合物、5-20份離子液體和70-90份溶劑，在20-60°C下， 通過攪拌混合3- 後形成均勻透明的制膜液；(2)在溫度20-50°C、相對溼度40%-80%的條件下，將步驟(1)製備的制膜液在高分子多孔底膜上刮成厚度為100-500 μ m的液膜，在空氣中乾燥對-4他後，即得到產品複合凝膠型氣體分離膜。
8.—種權利要求1所述複合凝膠型氣體分離膜的應用，其特徵是所述複合凝膠型氣體分離膜用於二氧化碳的分離。
全文摘要
本發明涉及一種複合凝膠型氣體分離膜及其製備方法，屬於高新技術以及膜分離技術領域。其包括1-10份聚合物、5-20份離子液體、70-90份溶劑和高分子多孔底膜；以高分子多孔底膜為基膜，其上覆蓋一層由聚合物、離子液體和溶劑配置的凝膠膜製備而成。本發明中，聚合物與離子液體形成的凝膠狀結構，有效地解決了滲透率與分離選擇性之間相互制約的關係，所公開的複合凝膠型氣體分離膜具有較高的氣體滲透率和分離選擇性，同時又具有很好的機械強度，具有廣闊的工業化應用前景。
文檔編號B01D53/22GK102489174SQ20111040921
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者孫餘憑, 張春芳, 白雲翔, 顧瑾 申請人:江南大學