發(fā)布時(shí)間：2016-08-04 09:47

1引言

在非擴(kuò)散膜中，膜用來隔離氣相和液相，并給氣相傳質(zhì)提供載體。因此膜的結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的總性能、吸收性能、選擇性能都有著重要影響。此外，為了保證長期的穩(wěn)定性，膜的潤濕、溶劑對(duì)膜材料的性能有著重要影響，一般多用合成高分子膜來降低溶劑的流失。非擴(kuò)散膜的優(yōu)點(diǎn)是：獨(dú)立的液體和氣體的流速控制；耗能低；可控的表面積，缺點(diǎn)是膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高。氣體滲透膜是3種技術(shù)中最成熟的。當(dāng)混合氣體物通過膜時(shí)，某種氣體的滲透率取決于其溶解度和擴(kuò)散率，導(dǎo)致不同氣體的滲透率不同�，F(xiàn)在多用低成本、高分離率、易合成且化學(xué)性能穩(wěn)定的高分子膜。傳統(tǒng)的膜材料包括橡膠聚合物和玻璃聚合物�，F(xiàn)在研究者正在探索可擴(kuò)散的選擇性膜，如聚合型離子液體，易于傳質(zhì)的膜，離子液體支撐或氨基化的功能化膜等。并宜氣體滲透膜隨著進(jìn)氣中二氧化碳的濃度的增加，其二氧化碳的選擇性降低，該工藝的缺點(diǎn)是：需要給進(jìn)氣降溫。因此尋找高的選擇性、高的滲透率及熱穩(wěn)定性很好的膜是現(xiàn)有的挑戰(zhàn)。
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2離子液體的合成及實(shí)驗(yàn)方法

2.1`反應(yīng)機(jī)理

而對(duì)于功能型離子液體支撐膜，CO2在膜內(nèi)的分離過程并不是只靠簡單的溶解、擴(kuò)散等物理過程來實(shí)現(xiàn)CO2的吸收，為了既滿足吸收效果又滿足高的選擇性，在膜孔內(nèi)需引進(jìn)能夠促進(jìn)吸收對(duì)象穿透過膜傳遞的一些載體，從而達(dá)到提高支撐液膜的吸收結(jié)果，這種既促進(jìn)又傳遞的現(xiàn)象是通過吸收對(duì)象與載體二者間發(fā)生一定的可逆化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，因此，功能型離子液體支撐膜對(duì)CO2的滲透符合促進(jìn)傳遞機(jī)理。也就是：（1）功能型的離子液體利用膜的界面張力及膜之間的毛細(xì)管力作用負(fù)載在微孔中，CO2在滲透過程中，與載體，也就是功能型離子液體反應(yīng)，即CO2與胺基之間的弱酸堿作用，從而溶解于膜的多孔結(jié)構(gòu)中；（2）在壓力差或濃度差及其它化學(xué)電位差的作用下，CO2能夠憑借促進(jìn)傳遞的優(yōu)勢(shì)從高勢(shì)能側(cè)向低勢(shì)能側(cè)擴(kuò)散，一般采用促進(jìn)因子來表征促進(jìn)作用，，如式2-2：雙模式吸附模型假設(shè)滲透分為兩個(gè)部分，一部分溶解滿足物理亨利定律，另一則符合化學(xué)朗格繆爾，兩部分均很快達(dá)到平衡，則該分離組分的滲透性由擴(kuò)散的過程來控制，但該模型沒有考慮過化學(xué)作用所帶來的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，因此當(dāng)分離組分濃度升高時(shí)并不適用.

2.2試驗(yàn)藥品及裝置

試驗(yàn)條件為室溫（T=20）。第一步：將試驗(yàn)的不誘鋼反應(yīng)裝置用真空粟抽到罐體內(nèi)達(dá)真空狀態(tài)；第二步：在進(jìn)氣流量為50ml／min的條件下，對(duì)不同SILMs進(jìn)行不同操作壓力（0.05、0.1、0.15、0.2MPa）的純CO2試驗(yàn)；第三步：在CO2剛進(jìn)入罐體時(shí)，其壓強(qiáng)迅速增大到壓力頂峰值，后隨時(shí)間變化緩慢降低并達(dá)到平衡（Aｑ），記錄進(jìn)氣側(cè)與滲透側(cè)隨時(shí)間變化的壓差值，經(jīng)過4h待該值穩(wěn)定后，停止進(jìn)氣和試驗(yàn)，將橡膠墊和SILMs—并放入分析天平進(jìn)行稱重，并單獨(dú)將橡膠墊稱重，計(jì)算SILMs膜上負(fù)載的質(zhì)量。

 3CO2在可支撐功能型離子液體膜中的溶解性研究.....25
3.1CO2在SILMs中的溶解性研究....25
3.2不同膜質(zhì)對(duì)CO2在SILMs中的溶解性影響研究........27
3.3陽離子及陰離子對(duì)SILMs在SILMs中的溶解性影響研究....29
3.4CO2在功能型及傳統(tǒng)型離子液體支撐膜的溶解性影響研究...........32
3.5本章小結(jié)...33
4SILMs在功能型離子液體支撐膜的滲透性研究.......34
4.1CO2在SILMs中的滲透性研究.....34
4.2不同膜質(zhì)對(duì)CO2在SILMs中的滲透性影響研究.36
4.3陽離子對(duì)CO2在可支撐離子液體膜中的滲透性影響研究....37
5CO2在功能型離子液體支撐膜中的擴(kuò)散性研究....43
5.1CO2在SILMs中的擴(kuò)散性研究......43
5.2不同膜質(zhì)對(duì)CO2在SILMs中的擴(kuò)散性影響研究.....44
5.3陰離子及陽離子對(duì)CO2在SILMs中的擴(kuò)散性影響研究.........46

5CO2在功能型離子液體支撐膜中的擴(kuò)散性研究

5.1CO2在SILMs中的擴(kuò)散性研究

表5-1顯示，CO2在醇胺及稀胺所形成的離子液體膜中擴(kuò)散性比純胺溶液的擴(kuò)散性要小兩個(gè)數(shù)量級(jí)左右。主要的原因是：當(dāng)胺與酸反應(yīng)后形成了離子液體，通常情況下PES的粘度相比傳統(tǒng)有機(jī)溶劑會(huì)要高出1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，雖然將離子液體負(fù)載在微孔PES、PVDF膜中有助于提高擴(kuò)散性，但是SILMs對(duì)CO2吸收的擴(kuò)散性與離子液體本身物理性質(zhì)有著息息相關(guān)的作用，因此CO2在可制成離子液體膜中的擴(kuò)散性比純胺溶液耍低。

5.2不同膜質(zhì)對(duì)CO2在SILMs中的擴(kuò)散性影響硏究

CO2在可支撐離子液體膜中的滲透過程居：CO2首先利用擴(kuò)散到達(dá)離子液體內(nèi)部，然后先物理吸收，后液體內(nèi)部的ILs與胺基的活性位產(chǎn)生化學(xué)鍵合，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)吸收。因此，可支撐離子液體膜對(duì)ILs的捕獲本質(zhì)是一個(gè)由擴(kuò)散控制的化學(xué)吸收過程。而氣體在液相中的擴(kuò)散速率是與離子液體粘度有關(guān)，液體粘度減小，擴(kuò)散速率越會(huì)增大，因此CO2越容易被吸收以。所以，由于陰離子以及陽離子結(jié)構(gòu)中的碳鏈長度對(duì)正Ｓ的粘度、密度等物理性質(zhì)有較強(qiáng)的影響，進(jìn)而可能影響到SILMs的擴(kuò)散性能。

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6結(jié)論及展望

本文主要研究了ILs氣體在胺基形成的SILMs中的溶解性、擴(kuò)散性及滲透性，并考察了作為支撐膜的不同膜材料：PES膜和PVDF膜對(duì)其產(chǎn)生的影響，并采用相關(guān)模型對(duì)溶解度、擴(kuò)散性、滲透性進(jìn)行擬合，以探索離子液體在胺基類的SILMs中的變化，為今后更深入的研究提供相關(guān)支持。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到結(jié)論如下：（1）均為疏水性、PES膜和PVDF膜，PES膜所負(fù)載的離子液體膜比PVDF膜多；ILs在SILMs中的溶解度、擴(kuò)散性、滲透性均伴隨操作壓力的増加而增大；目前傳統(tǒng)型的ILs由于成本較高，無法在工業(yè)上普及。所以功能型的研究成為了一個(gè)較為熱點(diǎn)的話題。而將其與支撐膜結(jié)合進(jìn)行氣體吸收分離可以同時(shí)提高吸收效果和選擇性，進(jìn)一步分析反應(yīng)機(jī)理，有助于提高ILs吸收性能：（1）完善ILs相關(guān)數(shù)據(jù)庫，研究并總結(jié)共性規(guī)律，以便于提高研究效率；（2）從微觀上進(jìn)一步研究ILs吸收CO2的機(jī)理和規(guī)律，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)可調(diào)性，設(shè)計(jì)吸收效果更好的離子液體。（3）可考察CO2在SILMs的解析效果，有助于研究可支撐離子液體膜的重復(fù)使用率；（4）由于胺基類離子液體PH值較為偏堿性，可能對(duì)膜有一定的腐蝕性，可考察SILM的耐久性及穩(wěn)定性，有助于其工業(yè)化。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：84427