聚乙二醇（醚）-PVDF共混CO2分離膜的制備與研究.pdf

1、膜法分離具有投資小、設(shè)備簡單、操作靈活、安全經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于富氧、水處理和CO2分離等方面。膜法分離CO2可以較大地降低工業(yè)生產(chǎn)的能耗，并減少廢氣的排放，符合我國節(jié)能減排的戰(zhàn)略思想。膜材料是膜分離技術(shù)的核心，研究表明聚合物中醚氧基團(tuán)的存在可有效提高膜對CO2的選擇性和滲透速率。然而，低分子量的乙烯氧化物(PEO或PEG)機(jī)械強(qiáng)度差，難以單獨(dú)成膜。將低分子量PEO(PEG)與高聚物共混有望制備具有良好機(jī)械性能、選擇性和滲透速率的

2、CO2分離膜。
　　本文選用聚偏氟乙烯(PVDF)為聚合物膜材料，研究了三種共混制膜體系:聚乙二醇(PEG)-PVDF、聚乙二醇甲醚(PEGME)-PVDF以及聚乙二醇二甲醚(PEGDME)-PVDF，并采用聚丙烯(PP)為支撐膜，利用溶劑蒸發(fā)法成功制備出分離性能優(yōu)良的共混復(fù)合膜。同等測試條件下，PEG-PVDF/PP共混復(fù)合膜的CO2的滲透速率為13.0GPU，CO2/N2的選擇性為37.5; PEGME-PVDF/PP共混復(fù)合

3、膜CO2的滲透速率為47.4.GPU，CO2/N2的選擇性為42.6; PEGDME-PVDF/PP共混復(fù)合膜CO2滲透速率達(dá)到71.9GPU，CO2/N2選擇性達(dá)到42.8。結(jié)果表明，PEGDME-PVDF共混體系分離性能最優(yōu)。
　　運(yùn)用正交試驗(yàn)考察了影響PEGDME-PVDF共混膜分離性能的主次因素，優(yōu)化了制膜條件。系統(tǒng)考察了PEGDME的含量（30wt.％-60wt.％），PVDF濃度(18wt.％-24wt.％)，以及溶劑

4、蒸發(fā)溫度(30℃-80℃)對共混分離膜形態(tài)結(jié)構(gòu)和分離性能的影響。結(jié)果顯示，隨著PEGDME含量的升高，復(fù)合膜對CO2的滲透速率和CO2/N2選擇性均呈上升趨勢。當(dāng)PEGDME共混含量達(dá)到50wt.％時(shí)，CO2的滲透速率為42.9GPU，CO2/N2選擇性為47.5。同時(shí)，共混膜內(nèi)PEGDME的存在降低了PVDF的熔點(diǎn)，使得鏈段柔韌性增加，進(jìn)而增大膜內(nèi)自由體積，提高氣體滲透速率。研究表明，較適宜的蒸發(fā)溫度為30℃-60℃。當(dāng)溶劑蒸發(fā)溫度為

5、30℃時(shí)，CO2的滲透速率可達(dá)到84.7GPU，CO2/N2選擇性為47.2。PVDF濃度以20wt.％-24wt.％為宜。隨著PVDF濃度的增加，CO2的滲透速率呈下降趨勢，CO2/N2的選擇性則緩慢上升。當(dāng)PVDF濃度為24wt.％，溶劑蒸發(fā)溫度為40℃時(shí)，CO2的滲透速率可以達(dá)到30.3GPU，CO2/N2選擇性為55.4。
　　運(yùn)用Maxwell模型預(yù)測共混膜的CO2滲透系數(shù)，結(jié)果表明PEGDME對氣體滲透性能有主導(dǎo)性作用