殼聚糖復(fù)合膜的制備及CO2-N2分離性能研究.pdf

1、CO2引起全球氣候變暖使得捕集與分離CO2成為目前能源和環(huán)境領(lǐng)域研究的重要課題。與吸收、吸附和低溫分離等傳統(tǒng)的分離方式相比，膜分離具有無(wú)相變、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、易放大和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于CO2分離領(lǐng)域。傳統(tǒng)的高分子膜依靠溶解-擴(kuò)散機(jī)理傳遞，難以突破“Robeson上限”，無(wú)法制備出同時(shí)具有高CO2滲透速率和選擇性的膜;促進(jìn)傳遞膜由于其分子內(nèi)含有可與CO2結(jié)合的載體因此能夠大大提高膜的滲透選擇性，可以打破此局限性。作

2、為促進(jìn)傳遞膜的一種，固定載體膜具有載體穩(wěn)定性而受到人們的廣泛關(guān)注。本文利用氨基作為載體，選擇具有氨基的殼聚糖(CS)作為膜材料制備了三類(lèi)復(fù)合膜:CS/PP、TEA-CS/PP和PEI-CS/PP復(fù)合膜。
　　首先以聚丙烯膜(PP)為支撐層，殼聚糖(CS)為分離層，制備了CS/PP復(fù)合膜，研究了殼聚糖分子量、濃度、溶劑蒸發(fā)溫度和相對(duì)濕度等因素對(duì)CS/PP復(fù)合膜氣體分離性能的影響，進(jìn)而確定了優(yōu)化的制膜條件:殼聚糖分子量為20萬(wàn)，濃度為

3、1 wt.％，蒸發(fā)溫度為30℃，蒸發(fā)相對(duì)濕度為20％。在此條件下制備的CS/PP復(fù)合膜性能最優(yōu):在0.3 MPa下，CO2的滲透速率為201.8 GPU，CO2/N2的選擇性為46.9。
　　為提高殼聚糖膜的CO2分離性能和機(jī)械性能，以小分子的三乙醇胺(TEA)為共混添加劑制備了TEA-CS/PP共混復(fù)合膜。TEA的加入破壞了CS分子間和分子內(nèi)的氫鍵作用，一定程度上降低膜的結(jié)晶度;同時(shí)增加了膜內(nèi)載體含量，提高了CO2的促進(jìn)傳遞作用

4、。適當(dāng)添加TEA可提高CS膜的機(jī)械性能以及對(duì)CO2的分離性能。操作壓力為0.3MPa時(shí)，TEA濃度為15％的TEA-CS共混復(fù)合膜的CO2滲透速率為240 GPU，是CS膜的1.2倍;共混膜對(duì)CO2/N2選擇性為63.4，較CS/PP復(fù)合膜提高了35％。
　　為提高殼聚糖膜的CO2滲透速率，以大分子的聚乙烯亞胺(PEI)作為共混添加劑，制備PEI-CS/PP共混復(fù)合膜。利用PEI分子中含有的伯胺、仲胺和叔胺增加膜內(nèi)載體含量以期提高

5、殼聚糖膜的CO2滲透速率和CO2/N2選擇性。FTIR和DSC分析表明PEI與CS之間具有很好的相容性，XRD顯示PEI使共混膜形成新的衍射峰，增加了共混膜的結(jié)晶度。當(dāng)PEI濃度為10％時(shí)，共混復(fù)合膜具有優(yōu)異的CO2分離性能:操作壓力為0.3 MPa時(shí)，CO2滲透速率為249.2 GPU，CO2/N2選擇性為49.8。
　　以上制備的三種復(fù)合膜都是隨著壓力的增加，CO2滲透速率和CO2/N2選擇性均下降，符合促進(jìn)傳遞膜的一般規(guī)律。