界面聚合法制备分离co,2固定载体复合膜

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1、天津大学博士学位论文界面聚合法制备分离CO<,2>固定载体复合膜姓名：赵卷申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王志20061201摘要分离与回收C02是21世纪最为重要的涉及能源、资源和环境的课题之一。分离C02的固定载体膜尚属新的研究领域，其膜材料的开发和制膜工艺的改善是亟待解决的问题。本文探索了用界面聚合法制备分离C02固定载体复合膜。首次以水相一油相法界面聚合研制成功五种C02固定载体复合膜。这五种复合膜分别以二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEP!A)、多乙烯多胺(PEPA)和聚乙烯亚胺(PEI)为水相单体或预聚物，均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体，聚

2、砜(PS)或聚醚砜(PES)超滤膜为基膜。利用多种测试手段分析了所制膜的结构。考察了膜对C02／CH4和C02幌体系的透过分离性能。系统研究了各种条件对膜结构和性能的影响规律。结果表明，五种复合膜均含有大量胺基，表面粗糙致密，具有超薄分离层且分离层与支撑层具有互嵌结构。对矾单体，适宜的制膜条件是：PS为基膜，65～700C下热处理10～15嘶n；2～2．8训=％TEl’A浓度，0．2～1．2叭％TMC浓度，2～10millTETA浸泡时间，3～4面n界面聚合时间，添加浓度不小于0．4训％的酸吸收剂(NaOH、Na2C03或Ⅱ’A)。随着胺单体链长的增加，DEl'A．TMC、TETA．TMC、T

3、EP：A．TMC和PEPA．TMC复合膜透气性依次增大，分离因子依次减小。一般地，随着进料压力的升高或进料温度的降低，CH4(N2)渗透速率升高，C02渗透速率和C02／CH4(C02／N2)分离因子降低。五种复合膜的透过选择性和耐压能力综合指标明显高于文献报道的其它固定载体膜。如，进料温度300C，进料压力1．1a咖时，对混合气体C02／CH4(体积比10／90、，DEl’A—TMC／PS、TEl'A．TMC／PS、TEPA．TMC／PS和PEPf～一TMC／PS复合膜的C02渗透速率分别可达5．85×10一、1．47×10～、2．38×10。和3．18×10。5cnl3(STP)cm‘2s

4、。cnmg～，相应的C02／CH4分离因子为124、96、76和64。同样的复合膜，进料压力分别为10．6a衄、10．4a衄、10．2a衄和9．9atm时，其C02渗透速率分别可达4．86×10。6、9．20×10。o、1．34×lO。和1．65×10弓cm3(STP)cm。2s‘1cmHg一，相应的C02／CH4分离因子为56、42、35和31。膜对C02／N2(体积比20／80)的透过选择性更好。对PEI．TMC／PS复合膜，进料压力为1．1a衄时，c02渗透速率可达3．13x10巧cm3(sTP)cm‘2s以cnlH一，c02／CH4分离因子是81；进料压力10．9atnl时，C02渗透

5、速率和C02／CH4分离因子分别可达2．34×10。cm3(STP)cm。2s’1cⅡmg。1和37。尝试用油相一水相法界面聚合制备了TEl’A．TMC／PES固定载体复合膜，研究比较了水相一油相法和油相一水相法两种工艺及所制膜结构和性能的不同特点。结果表明，前者制备的复合膜表面更粗糙、分离层更薄，制膜工艺较复杂但分离性能更好。关键词：促进传递固定载体膜界面聚合c02cH4N2ABSTRACTS印撇tion强dreclainlofC02isoneofthemostimportantsubjectsonenergy'resourceandenV面。衄entin21centuⅨFi)【edc删er

6、membraneforaD2s印arationisanewresearchfieldinwhichboththedeVelopmentofmembranematerialand也e呻roVementofmembranepr印arationtechniquearcu玛ent．ThisstudymadeattemptstodeVelopf．Ⅸedc删ermembranesforC02remoValprep盯edbyinte“犯ialpolymerization(IP)．FiVekindsoffixedca玎iercompositemenlbraneswere(1eVelopedbyIP丹omaqu

7、eouSphaset0o玛anicphase，、Ⅳithdie也ylene仃iaⅡ血e(DEl'A)，仃血ethylenete仃锄ine(TETA)，tetmethyleneatnjne(TEPA)，polye岫Ienepoly锄ide(PEPA)andpolyethylenimine(PEI)舔monomers0rpr印olymerofaqueousphase，trimesoylchloride