脱除与浓缩二氧化碳的膜分离技术

综述了液膜、聚合物膜、无机膜及膜基气体吸收等膜与膜过程在ＣＯ２的脱除与浓缩中的研究进展，并讨论了这几种与膜过程在民用方面如发电厂燃料废气（ＣＯ２／Ｎ２分离）、天然气中ＣＯ２的脱除（ＣＯ２／ＣＨ４分离）及军用方面如潜艇、空间站等密封环境中ＣＯ２的脱除与浓缩（ＣＯ２／Ｏ２、ＣＯ２／Ｎ２分离）的可能应用。     

新型CO2分离膜的结构和性能

研制成功一种对ＣＯ２具有促进传递作用的新型膜材料－聚乙烯胺,将此膜材料覆盖在聚砜膜表面复合膜,考察了复合膜的多层结构,复合膜对ＣＯ２、ＣＨ４、Ｎ２等的吸着性能,及复合膜对ＣＯ２和ＣＨ４的分离进透过性能。结果表明,该复合膜对ＣＯ２有很高的吸着量,而对其他测试气体仅有极微弱的吸着;对ＣＯ２／ＣＨ４体系该复合膜具有良好的分离的能力。     

二胺改性BPDA－ODA型聚酰亚胺的H_2／N_2分离性能

本文合成了一系列二胺改性的ＢＰＤＡ－ＯＤＡ型共聚酰亚胺膜，改性聚酰亚胺与未改性的ＢＰＤＡ－ＯＤＡ相比，透气性得到了明显的改善，改善的程度与第二种二胺单体的结构和用量有关。３０℃时，在ＢＰＤＡ－ＯＤＡ中加入２０ｍｏｌ％三甲基间苯二胺（３ＭＰＤＡ）或四甲基对苯二胺（４ＭＰＤＡ）时，共聚酰亚胺ＢＰＤＡ－ＯＤＡ／３ＭＰＤＡ（８０／２０）或ＢＰＤＡ－ＯＤＡ／４ＭＰＤＡ（８０／２０）的透Ｈ２系数和Ｈ２／Ｎ２分离系数分别大于６．５ｂａｒｒｅｒ和１６０，是比较好的气体分离膜材料。     

顺丁橡胶与液晶共混复合膜的CO2渗透性能

以顺丁橡胶（ＰＢ）和具有双重液晶相的液晶化合物双－４－（４’－乙氧基苯甲酰氧基）苯甲酸－缩乙二醇酯（ＤＥＢＥＢ）制成高分子／液晶复合膜并研究了其ＣＯ２透过性能。液晶含量为１０％（质量）复合膜在室温下具有比ＰＢ膜大５倍以上的ＣＯ２透过系数（Ｐｃｏ２）及好的与Ｎ２、Ｏ２分离系数（αｃｏ２／Ｎ２、αｃｏ２／ｏ２）：Ｐｃｏ２＝４３２ｂａｒｒｅｒ,αｃｏ２／Ｎ２＝２５．４,αｃｏ２／ｏ２＝７．９;且透气系数     

可溶性共聚取代聚醚酰亚胺的H2／CH4和H2／N2的分离性能

本文合成了一系列可溶性共聚取代聚醚酰亚胺（ＨＱＤＥＡ／６ＦＤＡＤＭＭＤＡ），研究了它们的Ｈ２／ＣＨ４和Ｈ２／Ｎ２分离性能。随着６ＦＤＡ含量的增多，伴随着自由体积的增大，透Ｈ２系数呈线性增大，Ｈ２／ＣＨ４和Ｈ２／Ｎ２的分离系数均呈线性减小。当６ＦＤＡ含量占二酐组分的２０ｍｏｌ％和３０ｍｏｌ％时，共聚取代聚醚酰亚胺兼具有高的透Ｈ２性和Ｈ２／ＣＨ４及Ｈ２／Ｎ２选择性，是比较理想的Ｈ２分离与回收的膜材料。     

聚丁二烯/液晶复合膜的富氧性能研究

以聚丁二烯为基质，用端基为ＣＨ２＝ＣＨ－的液晶化合物与其共混，交联成膜。用体积法测定膜的透气性能。研究结果发现，此类聚合物／液晶复合膜在５０℃以上有明显的富氧性能，ＰＯ２值最高达１８０Ｂａｒｒｅｒ，氧、氮分离系数在３～５之间，最高达１０左右。同时研究了膜的组成、温度等对膜透气性能的影响。     

用变压吸附和连续膜分离联合工艺从空气中分离氧气

研究了用分子筛吸附Ｎ２与随后Ｏ２透过聚合物膜富集相结合的方法从空气中分离Ｏ２的工艺过程。结果发现将变压吸附与连续膜分离塔工艺相结合从空气中分离Ｏ２的程度优于单独使用二者中的任何一个。由于实验数据和数值模拟数据间的良好吻合，故将ＣＭＣ工艺的理论模型用于设计ＰＳＡ－ＣＭＣ装置以改良Ｏ２分离。     

电绝缘氧化铝膜形成重要参数的研究

在硫酸介质中，对铝箔表面进行阳极氧化。最佳条件为：Ｈ２ＳＯ４（１５％），Ｈ２Ｃ２Ｏ４（１５ｇ／ｌ），ＮｉＳＯ４（８ｇ／ｌ），ＮＰ－１０（０．１ｇ／ｌ），电流密度（２Ａ／ｄｍ＾２），氧化时间（１０ｍｉｎ），温度（２５±１℃）。获得了耐蚀、韧性好和击穿电压高的电绝缘氧化铝膜，这种铝箔用于电磁线圈的绕制，得到了满意的结果。     

PMDA与BDA型聚酰亚胺膜透气性能比较

聚酰亚胺是一类具有众多优良性能的气体分离膜材料。本文通过比较芳香族型聚酰亚胺（均苯四酸二酐（ＰＭＤＡ）型聚酰亚胺）与脂肪族型聚酰亚胺（丁烷四酸二酐（ＢＤＡ）型聚酰亚胺）对ＣＯ２和ＣＨ４的透气性能，初步探讨了二酐及二胺结构对聚酰亚胺膜透气行为的影响。     

用于分离CO2的高分子膜

高分子材质的ＣＯ２气体分离膜大致可分为普通高分子和具有促进传递效应的促进传递膜两类,本文综述了这两类膜近１０年来的研究进展,对一些主要膜品种的材料合成,制作工艺,物化和分离性能作了简要的介绍。     

KH-570修饰的SiO2膜制备及CH4/CO2的分离

采用KH-570代替部分TEOS为前驱物,共水解缩聚反应制得疏水性SiO2膜,通过IR、DTG、SEM、接触角测试仪等手段对KH-570修饰后的SiO2膜进行表征,并对CH4和CO2渗透和分离进行研究。实验结果表明,修饰后(0.8KH-570)SiO2膜接触角达到94.2°,红外光谱分析表明修饰后SiO2膜疏水性增强;(0.8KH-570)SiO2膜具有完整性及在400℃水热稳定性;压差30kPa,分离因子随涂膜次数增加先增大后减小,涂膜5次达最大值2.13,超越了努森扩散理论分离因子1.66,此时分离效果好;对于涂膜5次的SiO2膜,CH4渗透通量随压差增加呈现非线性微增趋势,CH4/CO2分离因子几乎不变。     

几种HQDEA型聚醚酰亚胺的透气性能

合成了四种双醚二酐(HQDEA)型聚醚酰亚胺,研究了它们对H_2、CO_2、O_2、N_2和CH_4五种气体的透过性能。结果表明,这类聚醚酰亚胺的分子结构,特别是取代基的位置对透气性和透气选择性有很大的影响。酰亚胺键邻位甲基取代聚醚酰亚胺(HQDEA-DMMDAI)兼具有高的透气性和透气选择性。     

羊毛角蛋白膜的制备及其气体分离性能的研究

研究了羊毛角蛋白膜的制备及其气体分离性能．以角蛋白膜的CO2渗透速率和CO2相对于CH4的分离系数为指标,考察了制膜液中溶剂氨水的浓度、巯基乙酸和戊二醛的加入量对角蛋白膜的气体透过和分离性能的影响．     

聚醚共聚酰胺多层复合气体分离膜的制备及其分离性能

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.     

分离CO_2膜技术

分离CO2是当前能源和环境领域的最重要的课题之一.膜分离法在投资、能耗以及环境友好方面优于传统方法.文章提出了CO2分离膜的4种选择透过机制,着重论述了国内外在分离CO2膜技术方面的研究现状,介绍了本课题组在分离CO2反应选择膜方面的研究成果,并进一步探讨了分离CO2膜技术的未来发展趋势.     

预涂晶种诱导法在α-Al2O3陶瓷管载体上合成ZIF-8膜

以纳米级ZIF-8晶体粒子为晶种,利用晶种诱导二次生长法在α-Al2O3陶瓷管载体上制备出连续的ZIF-8膜,并详细考察了晶种涂层液中晶种含量、成膜温度和添加剂PEI、甲酸钠用量等参数对ZIF-8成膜的调控影响.经SEM、XRD和气体渗透分析结果表明:制备的ZIF-8纳米粒子的粒径约为100～150 nm,粒度分布较均匀,适宜作为成膜的晶种;在晶种液中添加适量的PEI作为偶联剂有利于连续ZIF-8晶种层及膜的形成;在成膜液中添加适量的甲酸钠能有效阻止载体表面晶种层的溶解脱落.SEM显示所得ZIF-8膜的晶体粒径均一、晶粒间连接紧密且无明显裂痕,膜层厚度约为18μm.单组分气体渗透测试可知,H2/CO2的分离因数为5.4,H2/CH4的分离因数为2.56,气体通过ZIF-8膜均属于努森扩散范围.     

Permeation of binary gas mixtures in ultramicroporous membranes

High-quality nanometer thick ultramicroporous membranes were prepared from silica sol-gel processes and tested for the permeation of binary gas mixtures of He, H2, CO2, and CH4 across different temperature and partial pressure regimens. Pore size distribution by molecular probing showed that the majority of pore sizes had dimensions below 2.9 A. In 50:50 binary mixtures, the fluxes of gases increased as a function of temperature, indicating an activated transport mechanism. The ultramicroporous membranes showed high selectivities at 150 degrees C for He/CO2 (30), He/CH4 (93), H2/CO2 (10), and H2/CH4 (9) with lower selectivities for CO2/CH4 (5). High activation energies (Ea) were observed for the permeance of 50:50 binary mixtures containing He and H2 of 22.1-27.5 and 17.6-23.1 kJ.mol-1, respectively. The Ea for the permeance of the total mixture approached the Ea for the permeance of the molecule with the smaller kinetic diameter (He or H2).     

乙基纤维素/C60复合膜制备及气体分离性能研究

为制备C60含量不同的乙基纤维素(EC)/C60复合膜,采用UV-可见光谱、AFM和XRD等手段对紫外光辐照前后复合膜结构进行表征,并考察其对气体分离及渗透性能的影响.结果表明,复合膜经紫外光辐照后,C60在膜表面的分布由独立的簇状结构转变为连续平缓的丘陵状结构,膜表面更加致密光滑;复合膜分子链间距未发生明显变化,但对N2、CO2、H2的渗透性能和H2/N2、CO2/N2分离性能产生明显影响.当C60添加量达到1.6%时,未经紫外光辐照的复合膜对CO2及H2的透气系数较纯EC膜分别提高了30%和40%,分别达到61.29Barrer和78.88Barrer,对H2/N2,CO2/N2理想分离系数增至纯EC膜的1.47和1.38倍,分别达到9.979和12.84;经紫外光辐照后,高C60含量的EC/C60复合膜能够保持纯EC膜对CO2和H2的透过水平,而对H2/N2和CO2/N2的分离性能增至纯EC膜的2.30和2.43倍,分别达到17.49和25.60.     

γ-Alumina composite membranes modified with microporous silica for CO2 separation

-Al2O3 composite membranes have been modified with microporous silica layers to improve the separation factor of CO2 to N2. From the analysis of micropore volume fraction and CO2 adsorption behaviour of SiO2 unsupported membranes, it was found that the SiO2 membrane layer feasible to separate CO2 could be obtained from a sol prepared by hydrolysis of tetraethyl orthosilicate in aqueous nitric acid solution (acid concentration of 0.001 M and sol pH of 2.0). The unsupported membrane prepared from this optimum sol had a micropore volume fraction of 0.85 and CO2 adsorption amount of 27 cm3(STP)g–1 at 0.1 MPa and 25°C. Defect-free silica modified -Al2O3 membranes could besynthesized by dipcoating or pressurized coating from outside the support. The CO2/N2 separation factor of these membranes varied severely with the separation process parameters, such as transmembrane pressure, stage cut and CO2 concentration in feed gas. -Al2O3 membranes modified by dipcoating and pressurized coating had a CO2/N2 separation factor of 2.4 and 1.45, respectively, at P = 0.3 MPa, stage cut = 0.1, and 25°C for a CO2 feed gas mole fraction of 0.5. The CO2/N2 separation factor at 25°C decreased with increasing heat-treatment temperature. The main mechanisms of CO2 permeation through silica modified membranes were surface diffusion and Knudsen diffusion.