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1、第卷第期现代化工Vol.No.年月ModernChemicalIndustryJan.气体分离膜研究和应用新进展刘丽邓麦村袁权(中国科学院大连化学物理研究所,116023)摘要气体膜分离作为一种“绿色化学”在与传统技术竞争中,越来越广泛应用于石油、天然气、化工、冶炼、医药等领域。本文介绍了气体膜分离近年来在膜材料、制膜工艺等方面的研究进展,对目前膜分离过程发展、应用状况进行综述。关键词气体分离膜,膜材料,脱除,净化,富集Newprogressintheresearchandapplicationofgasseparat
2、ionmembranesLIULi,DENGMaicun,YUANQuan(DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian116023)AbstractGasseparationmembranesarewidelyusedinpetroleum,naturalgas,chemical,metallurgicalandpharmaceuticalindustriesas“greenchemicalproduct”incompetitionwithtraditionalt
3、echnology.Recentde-velopmentsingasseparationmembranetechnologyincludingmembranematerials,artsofmembranepreparationandseparationprocessarereviewedinthispaper.Thecurrentprogressofmembraneseparationprocessanditsapplicationsaresummarized.Keywordsgasseparationmembrane,membranemater
4、ial,elimination,decontamination,enrichment60年代,Leob和Sourirajan研制出第一张非对应用。研究发现,大多数聚合物都存在渗透性和选择[1,2][1]称膜,为制备高透量分离膜奠定了基础。80年性相反的关系。因此,研究新的聚合物材料,突破[3,4]代,Henis发明了阻力复合膜,实现了气体膜分选择性和渗透性的上限关系,已成为研究的重点。另离发展的飞跃,从此,气体膜分离进入了工业化应用外,传统的聚合物材料在耐化学侵蚀、耐高温方面性[5]的阶段。能较差,因此,限制了气体分离膜在石油炼制等某些目前正在发展
5、和具有发展潜力的气体膜分离过特殊领域的应用。为此,研究开发具有高度化学稳定程主要有:空气中有机蒸气脱除、工业气体脱湿及净性、热稳定性的聚合物材料,也成为气体膜分离领域化、低质量天然气富集、从生物气中富集甲烷、空气的研究热点之一。富氧、烷烃/烯烃分离、烟道气脱硫、二氧化碳脱除与聚酰亚胺(PI)是一种具有较好化学稳定性、优[6]富集/高温分离等。良机械性能和热稳定性的聚合物材料,已应用在一近年来,国内外学者对气体膜分离技术在膜材些具有很强应用背景的分离体系上,如H2/N2、O2/料、制膜、渗透机理模型、分离过程等方面开展了大N2、H2/CH4、CO2/
6、N2、CO2/CH4等,取得了较好的结量研究,取得了一些新进展,本文就这几个方面分别果。合成含有某些取代基的PI材料,在保持较高气加以论述。体选择性的同时,可大大提高气体渗透速率。例如,含有—C(CF3)2—基团的PI,具有较高的气体渗透1膜材料和制膜过程速率及气体选择性,特别是对CO2/CH4的分离。原1.1膜材料因是这种大的取代基团的存在,阻碍了分子内部链1.1.1聚合物材料段的运动,继而增强了骨架链段的硬度,有效地限制[7～9]聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚砜(PSF)、醋酸纤了高分子链段的密实堆积,使自由体积增大。维素(CA)、乙基纤维素(
7、EA)、聚碳酸酯(PC)等为目前,日本UBE公司已成功制备出高性能PI早期气体分离膜材料,目前还在各种分离膜领域中膜,并将该膜用于天然气中二氧化碳处理、氢回收及第一作者:刘丽,女,1970年生,博士研究生,从事气体分离膜研究、开发工作。·18·现代化工年月[10]气体脱湿等工艺中。择性不高,在制备高纯氮气的应用中受到限制。W对传统玻璃态聚合物膜,渗透分子尺寸增大,气J.Koros等最近研究开发一种分子筛填充聚合物膜[13]体渗透速率降低。与之相反,聚3-甲基-1-丁炔(mixed-matrixmembranes),利用分子筛、沸石(PTM
8、SP)对分子较大的可凝性有机蒸气的渗透速等对O2、N2的吸附选择性的差异,在保持一定O2率高于小分子的永久性气体;另外PT
