分離CO2促進傳遞膜滲透選擇性能強化研究.pdf

1、綠色高效的CO2分離技術(shù)是實現(xiàn)CO2減排、化石能源清潔高效利用以及CO2資源化利用的關(guān)鍵。然而，高性能CO2分離膜的匱乏制約了分離CO2的膜技術(shù)在能源和環(huán)境領(lǐng)域的大規(guī)模應用。在種類眾多的CO2分離膜中，促進傳遞膜是目前最有可能首先實現(xiàn)工業(yè)化應用的膜類型之一。當前強化分離CO2促進傳遞膜滲透選擇性能的方法存在一些局限:第一，可與CO2發(fā)生可逆化學反應的功能基團的含量和效率難以同時提高，不易充分發(fā)揮促進傳遞膜的優(yōu)勢;第二，對促進傳遞膜在較高

2、壓力下滲透選擇性能的改善有限，限制了其更加廣泛的應用;第三，制備具有超薄分離層的促進傳遞膜存在巨大挑戰(zhàn)，降低了促進傳遞膜材料的實用性。本文提出并驗證了克服上述局限的途徑:聯(lián)合可產(chǎn)生協(xié)同效應的多種功能基團同時實現(xiàn)膜內(nèi)功能基團的高含量和高效率;引入與促進傳遞聚合物高度相容的CO2親和納米多孔材料提高在較高壓力下的滲透選擇性能;借助水潤濕性良好且具有高粘附性的中間層降低超薄促進傳遞分離層的制備難度。
　　首先，通過設(shè)計合成兼具伯胺基、碳

3、酸根和季銨陽離子的聚（二烯丙基二甲基碳酸銨-乙烯基胺）共聚物，制備了富含多種功能基團的促進傳遞復合膜。聯(lián)合多種功能基團保證了高的功能基團含量。此外，不同功能基團間的協(xié)同效應不僅提高了功能基團的利用率，而且提高了碳酸根與CO2的反應速率以及伯胺基的CO2載量。因此，實現(xiàn)了膜內(nèi)功能基團含量和效率的同時提高。該膜對CO2/N2、CO2/CH4和CO2/H2體系均表現(xiàn)出具有國際先進水平的滲透選擇性能。
　　其次，通過引入胺基功能化的CO2

4、親和納米多孔材料NH2-MIL-53(Al)來調(diào)控富含胺基的聚乙烯基胺(PVAm)促進傳遞膜的結(jié)構(gòu)及其氣體傳遞性質(zhì)，制備了具有優(yōu)良界面相容性的混合基質(zhì)復合膜。NH2-MIL-53(Al)與PVAm之間的氫鍵作用保證了優(yōu)良的界面相容性，避免了非選擇性界面區(qū)域的產(chǎn)生。受益于呼吸效應，NH2-MIL-53(Al)在較高CO2分壓下提供了更加寬闊的CO2優(yōu)先傳遞通道。因此，NH2-MIL-53(Al)的引入顯著提高了分離膜在較高壓力下的滲透選擇

5、性能。
　　此外，借助聚多巴胺(PDA)表面改性的硅橡膠(PDMS)中間層，制備了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具有致密無缺陷超薄促進傳遞PVAm分離層的多層復合膜。引入的PDA表面改性的PDMS中間層阻礙了PVAm涂膜液的孔滲現(xiàn)象，同時其優(yōu)良的水潤濕性也促進了PVAm涂膜液的均勻鋪展。此外，PVAm與PDA之間的多種相互作用（氫鍵、離子鍵和共價鍵）保證了PVAm層牢固地粘附在PDA表面改性的PDMS中間層表面。因此，具有致密無缺陷超薄促進傳遞分離層