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、設備簡單、操作靈活、安全經(jīng)濟等優(yōu)點，目前廣泛應用于富氧、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的核心，研究表明聚合物中醚氧基團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)機械強度差，難以單獨成膜。將低分子量PEO(PEG)與高聚物共混有望制備具有良好機械性能、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)良的共混復合膜。同等測試條件下，PEG-PVDF/PP共混復合膜的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共混復合膜CO2滲透速率達到71.9GPU，CO2/N2選擇性達到42.8。結(jié)果表明，PEGDME-PVDF共混體系分離性能最優(yōu)。
　　運用正交試驗考察了影響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)構和分離性能的影響。結(jié)果顯示，隨著PEGDME含量的升高，復合膜對CO2的滲透速率和CO2/N2選擇性均呈上升趨勢。當PEGDME共混含量達到50wt.％時，CO2的滲透速率為42.9GPU，CO2/N2選擇性為47.5。同時，共混膜內(nèi)PEGDME的存在降低了PVDF的熔點，使得鏈段柔韌性增加，進而增大膜內(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℃。當溶劑蒸發(fā)溫度為

5、30℃時，CO2的滲透速率可達到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PVDF濃度為24wt.％，溶劑蒸發(fā)溫度為40℃時，CO2的滲透速率可以達到30.3GPU，CO2/N2選擇性為55.4。
　　運用Maxwell模型預測共混膜的CO2滲透系數(shù)，結(jié)果表明PEGDME對氣體滲透性能有主導性作用