滴涂法制備用于分離CO2-N2的混合基質(zhì)復(fù)合膜及性能研究.pdf

1、CO2減排已成為目前環(huán)境問題的一大熱點(diǎn)，膜分離法作為一種高效節(jié)能的新型分離技術(shù)，已被廣泛用于分離CO2氣體，研究開發(fā)高滲透性和高選擇性的CO2分離膜材料成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。本文以開發(fā)高性能混合基質(zhì)復(fù)合膜為目的，以商業(yè)聚砜（PSf）超濾膜為底膜，以疏水性聚二甲基硅氧烷（PDMS）為“gutter layer”層，以PEO基共聚物Pebax1657為選擇層高分子材料。在Pebax1657基質(zhì)中添加一系列具有不同維度的無(wú)機(jī)納米材料，如二維的二

2、硫化鉬納米片（MoS2），一維的埃洛石納米管（HNTs）和零維的ZIF-8納米顆粒，通過(guò)滴涂（Drop-coating）方法制備用于分離CO2/N2的混合基質(zhì)復(fù)合膜。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）MoS2-Pebax/PDMS/PSf混合基質(zhì)復(fù)合膜的制備
　　采用Drop-coating法在PSf超濾膜表面涂敷濃度為2％的PDMS“gutter layer”層，以Pebax1657為膜材料，制備Pebax/PDMS/PSf復(fù)

3、合膜，當(dāng)Pebax1657濃度為3%時(shí)復(fù)合膜具有最優(yōu)的氣體滲透選擇性能，此時(shí)CO2滲透速率為38.8GPU，CO2/N2選擇性為44。在此基礎(chǔ)上，將剝離后的二硫化鉬（MoS2）納米片加入到Pebax溶液中配制MoS2-Pebax鑄膜液，用Drop-coating方法將鑄膜液滴涂到PDMS/PSf膜表面，制得混合基質(zhì)復(fù)合膜。通過(guò)氣體滲透性能測(cè)試表明，當(dāng)MoS2濃度為0.15%時(shí)復(fù)合膜的氣體分離性能達(dá)到最好，CO2的滲透速率為17.25GP

4、U，CO2/N2選擇性為93。該復(fù)合膜具有良好的穩(wěn)定性。
　?。?）mHNTs-Pebax/PDMS/PSf混合基質(zhì)復(fù)合膜的制備
　　采用Drop-coating法在PSf基膜表面涂敷PDMS層，以Pebax1657為膜材料，將PSS改性后的一維埃洛石納米管（HNTs）加入到Pebax1657基質(zhì)中，通過(guò)Drop-coating方法制備出一種具有非常高的CO2/N2選擇性的mHNTs-Pebax/PDMS/PSf混合基質(zhì)復(fù)合

5、膜。結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)料氣壓力為0.3MPa，mHNTs含量為0.1%時(shí)，CO2/N2選擇性達(dá)到240，CO2滲透速率為10.8GPU，并且具有良好的穩(wěn)定性，mHNTs復(fù)合膜已超過(guò)Robeson上限線。
　?。?）ZIF-8-Pebax/PDA/PDMS/PSf混合基質(zhì)復(fù)合膜的制備
　　采用Drop-coating的方法在PSf基膜表面涂敷PDMS層，將多巴胺PDA層涂敷在PDMS層表面來(lái)提高PDMS層表面的親水性，通過(guò)溫和的方

6、法合成零維的ZIF-8納米顆粒，在Pebax基質(zhì)中添加ZIF-8顆粒，通過(guò)Drop-coating法制備ZIF-8-Pebax層。結(jié)果表明：PDA自聚反應(yīng)時(shí)間為10min時(shí)能夠?qū)DMS表面充分改性。ZIF-8復(fù)合膜在ZIF-8含量較低時(shí)，低壓下有良好的滲透選擇性能，CO2滲透速率為19GPU左右，CO2/N2選擇性達(dá)到了190，ZIF-8在復(fù)合膜內(nèi)起到很好的氣體分離作用。
　　由于基于無(wú)機(jī)納米材料的CO2分離混合基質(zhì)復(fù)合膜具有較