專利名稱：非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜及其制備方法，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著環(huán)境保護(hù)意識的不斷加強(qiáng)，分離回收溫室氣體二氧化碳已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的一個焦點(diǎn)，作為二氧化碳的主要排放源，化石燃料燃燒尾氣中的二氧化碳分離回收尤其受到關(guān)注。目前，用于二氧化碳分離的方法主要有物理吸收法、物理吸附法、化學(xué)吸收法、低溫冷凝法和氣體膜分離法。其中氣體膜分離技術(shù)是20世紀(jì)80年代開發(fā)成功的一種高新技術(shù)，其研究和開發(fā)已成為世界各國在高新技術(shù)領(lǐng)域中競爭的熱點(diǎn)。可用于二氧化碳分離與濃縮的膜技術(shù)主要有支撐液膜技術(shù)、固體膜技術(shù)和凝膠膜技術(shù)。支撐液膜由膜液和聚合物支撐體構(gòu)成，膜液內(nèi)含有載體，載體與二氧化碳反應(yīng)使二氧化碳溶解于膜液中，在壓力差、濃度差的推動下，二氧化碳與載體反應(yīng)生成的物質(zhì)穿過膜， 在膜的另一側(cè)將二氧化碳釋放出來。支撐液膜的氣體擴(kuò)散系數(shù)一般比聚合物膜大，選擇性較高，但是，在較高壓力差下，膜中的液體流失嚴(yán)重，膜的機(jī)械穩(wěn)定性和性能穩(wěn)定性較差。固體膜技術(shù)主要指高分子致密膜，膜材料種類繁多，且制備工藝簡單，目前研究較多且適合用于二氧化碳分離的膜材料主要有聚酰亞胺、醋酸纖維素等。高分子致密膜材料的氣體選擇性與滲透性之間存在一個上限-Robeson上限，表現(xiàn)為膜材料對氣體的選擇性和滲透通量的提高出現(xiàn)矛盾，這在一定程度上限制了高分子氣體分離膜在(X)2分離技術(shù)中的應(yīng)用。凝膠膜是近年來新興的膜技術(shù)，其內(nèi)部是聚合物與功能性液體形成的凝膠狀結(jié)構(gòu)，具有較高的氣體滲透率和選擇性，功能性液體主要以對二氧化碳有很強(qiáng)吸附能力的離子液體為主。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜及其制備方法，采用聚合物與非離子表面活性劑形成凝膠狀結(jié)構(gòu)，具有較高的氣體滲透率和分離選擇性，同時又具有很好的機(jī)械強(qiáng)度。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜，特征是，包括以下組份，組份比例按重量份數(shù)計10 20份聚合物、10 20份非離子表面活性劑、 60 80份溶劑；所述聚合物為聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、聚甲基丙烯酯甲酯、聚丙烯酯甲酯中的一種或多種的混合物；所述非離子表面活性劑為吐溫20、吐溫80、司盤20、司盤80、曲拉通X-100或曲拉通X-114;所述溶劑為四氫呋喃、丙酮、氯仿、乙酯乙酯或乙酸異丙酯；將聚合物、非離子表面活性劑和溶劑攪拌混合，得到均勻透明的制膜液；在玻璃板上刮涂制膜液，得到液膜，將液膜干燥，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為100 300 μ m。本發(fā)明還保護(hù)一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，特征是，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計
(1)制膜液的制備將10 20份聚合物、10 20份非離子表面活性劑和60 80 份溶劑在20 60°C下，攪拌混合3 6小時后，攪拌速度為50 300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200 500 μ m的液膜， 刮涂溫度為20 50°C，將液膜在室溫下空氣干燥M 48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。本發(fā)明所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜采用聚合物與非離子表面活性劑形成凝膠狀結(jié)構(gòu)，可獲得較高的氣體滲透率和分離選擇性，同時又具有很好的機(jī)械強(qiáng)度， 具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景，具體如下優(yōu)點(diǎn)1、所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的內(nèi)部為聚合物與表面活性劑形成的凝膠狀結(jié)構(gòu)，可獲得較高的氣體滲透率和分離選擇性；2、所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜內(nèi)的功能性液體為非離子表面活性劑， 其價格低廉，對二氧化碳的吸附能力強(qiáng)；3、所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法采用溶劑蒸發(fā)法，制備工藝簡單，操作方便，效率高，生產(chǎn)重復(fù)性好；4、所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的結(jié)構(gòu)可控性強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例一一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將10份聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、20份吐溫20和70份四氫呋喃在20°C下，攪拌混合3小時后，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為500μπι的液膜，刮涂溫度為20°C，將液膜在室溫下空氣干燥48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為300 μ m。將實(shí)施例一得到的凝膠氣體分離膜放入滲透池中，在20°C和0. IMPa的條件下，用
純C02和隊(duì)分別測定它們的氣體滲透率Ji和理想選擇性α i7j ； QiJi =-1~
APxA⑴式(1)中&指(X)2和N2在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，cm3/s ； Δ P為滲透壓差，單位為 Pa ；A為膜面積，單位為cm2 Ji為氣體滲透率，單位為barrer aHj ~
Jj (2)式O)中工、Jj為氣體滲透率，單位為barrer，下標(biāo)i和j分別指(X)2和N2。測得凝膠氣體分離膜對二氧化碳的滲透率為316barrer，膜對二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇性為32。實(shí)施例二 一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將20份聚甲基丙烯酸甲酯、10份吐溫80和70份丙酮在30°C 下，攪拌混合6小時后，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200 μ m的液膜，刮涂溫度為50°C，將液膜在室溫下空氣干燥48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為100 μ m。實(shí)施例二得到的凝膠氣體分離膜對二氧化碳的滲透率為22^arrer，膜對二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇性為64。實(shí)施例三一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將20份聚丙烯酸甲酯、20份司盤20和60份乙酸乙酯在40°C 下，攪拌混合6小時后，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為300 μ m的液膜，刮涂溫度為50°C，將液膜在室溫下空氣干燥48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為200 μ m。實(shí)施例三得到的凝膠氣體分離膜對二氧化碳的滲透率為347barrer，膜對二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇性為M。實(shí)施例四一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將10份聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、10份司盤80和80份氯仿在40°C下，攪拌混合6小時后，攪拌速度為2300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200 μ m的液膜，刮涂溫度為50°C，將液膜在室溫下空氣干燥48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為100 μ m。實(shí)施例四得到的凝膠氣體分離膜對二氧化碳的滲透率為389barrer，膜對二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇性為43。實(shí)施例五一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將10份聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、10份曲拉通X-100和80份乙酸異丙酯在60°C下，攪拌混合6小時后，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200 μ m的液膜，刮涂溫度為40°C，將液膜在室溫下空氣干燥48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為100 μ m。實(shí)施例五得到的凝膠氣體分離膜對二氧化碳的滲透率為460barrer，膜對二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇性為66。實(shí)施例六一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將5份聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、5份聚甲基丙烯酸甲酯、10份曲拉通X-114和80份四氫呋喃在40°C下，攪拌混合6小時后，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200 μ m的液膜，刮涂溫度為40°C，將液膜在室溫下空氣干燥M小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為100 μ m。實(shí)施例六得到凝膠氣體分離膜對二氧化碳的滲透率為437barrer，膜對二氧化碳和氮?dú)獾倪x擇性為討。
權(quán)利要求
1.一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜，其特征是，包括以下組份，組份比例按重量份數(shù)計10 20份聚合物、10 20份非離子表面活性劑、60 80份溶劑；所述聚合物為聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、聚甲基丙烯酯甲酯、聚丙烯酯甲酯中的一種或多種的混合物；所述非離子表面活性劑為吐溫20、吐溫80、司盤20、司盤80、曲拉通X-100或曲拉通X-114 ； 所述溶劑為四氫呋喃、丙酮、氯仿、乙酯乙酯或乙酸異丙酯；將聚合物、非離子表面活性劑和溶劑攪拌混合，得到均勻透明的制膜液；在玻璃板上刮涂制膜液，得到液膜，將液膜干燥，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。
2.如權(quán)利要求1所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜，其特征是所述非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的厚度為100 300 μ m。
3.一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜的制備方法，其特征是，采用以下工藝步驟， 其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將10 20份聚合物、10 20份非離子表面活性劑和60 80份溶劑在20 60°C下，攪拌混合3 6小時后，攪拌速度為50 300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200 500μ m的液膜，刮涂溫度為20 50°C，將液膜在室溫下空氣干燥M 48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜及其制備方法，采用以下工藝步驟，其組份比例按重量份數(shù)計(1)制膜液的制備將10～20份聚合物、10～20份非離子表面活性劑和60～80份溶劑在20～60℃下，攪拌混合3～6小時后，攪拌速度為50～300轉(zhuǎn)/分鐘，得到均勻透明的制膜液；(2)將制膜液在玻璃板上采用不銹鋼刮刀刮涂得到厚度為200～500μm的液膜，刮涂溫度為20～50℃，將液膜在室溫下空氣干燥24～48小時，即得到所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜。本發(fā)明所述的非離子表面活性劑凝膠氣體分離膜采用聚合物與非離子表面活性劑形成凝膠狀結(jié)構(gòu)，可獲得較高的氣體滲透率和分離選擇性，同時又具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號B01D53/22GK102489182SQ201110423010
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者孫余憑, 張春芳, 白云翔, 賴傲楠, 顧瑾 申請人:江南大學(xué)