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        PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響因素研究

        2015-06-09 15:29:04廖家友王紀孝王世昌
        石油化工 2015年7期
        關(guān)鍵詞:復(fù)合膜進料涂層

        廖家友,王 志,王 明,趙 頌,王紀孝,王世昌

        (天津大學(xué) 化工學(xué)院 天津市膜科學(xué)與海水淡化技術(shù)重點實驗室,天津 300072)

        專題報道

        PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響因素研究

        廖家友,王 志,王 明,趙 頌,王紀孝,王世昌

        (天津大學(xué) 化工學(xué)院 天津市膜科學(xué)與海水淡化技術(shù)重點實驗室,天津 300072)

        利用重構(gòu)法將水滑石(HT)原位構(gòu)建到聚乙烯亞胺-環(huán)氧氯丙烷共聚物(PEIE)分子鏈間制成PEIE-HT復(fù)合物,將PEIE-HT復(fù)合物涂覆于聚砜超濾膜(PSf)上,制成PEIE-HT/PSf復(fù)合膜。以CO2/N2(15%(φ)CO2+ 85%(φ)N2)混合氣為進料氣,考察了HT衍生復(fù)合氧化物(LDO)添加量、壓力、濕涂層厚度和溫度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響。實驗結(jié)果表明,LDO添加量為1.0%(w)、濕涂層厚度為50 μm的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜,在0.11 MPa和25 ℃的條件下,CO2滲透速率可達5 693 GPU,CO2/N2分離因子達268,顯示出良好的CO2分離性能,具有在煙道氣或密閉空間等場合捕集CO2的良好應(yīng)用前景。

        復(fù)合膜;氣體分離;二氧化碳; 水滑石;聚乙烯亞胺-環(huán)氧氯丙烷共聚物;聚砜超濾膜

        化石能源的過度使用使CO2大量排放造成環(huán)境危機,也加快了能源枯竭。在環(huán)境污染和能源短缺的雙重壓力下,將CO2分離回收,并進行利用或轉(zhuǎn)化,不僅可減少CO2排放,也能實現(xiàn)碳資源的循環(huán)利用,是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1-3]。與其他CO2分離技術(shù)相比,膜分離技術(shù)具有裝置簡單、固定投資少、占地面積小、環(huán)境友好等優(yōu)點,因此具有良好的發(fā)展前景[4-6]。但高滲透速率和高選擇性的CO2分離膜的缺乏,嚴重制約了CO2膜分離技術(shù)與其他技術(shù)的競爭和規(guī)?;瘧?yīng)用。在眾多CO2分離膜中,促進傳遞膜可通過載體與CO2進行可逆反應(yīng)突破“Robeson上限”,有利于制得兼具高滲透速率和高選擇性的CO2分離膜,因此廣受關(guān)注[7]。鑒于促進傳遞膜中移動載體和固定載體各有優(yōu)缺點,前期研究[8]中認識到水滑石(HT)的特殊結(jié)構(gòu),將其作為高速CO2促進傳遞通道,并采用重構(gòu)法將HT原位構(gòu)建到聚乙烯亞胺-環(huán)氧氯丙烷共聚物(PEIE)分子鏈間制成PEIE-HT復(fù)合物,然后進一步將PEIE-HT復(fù)合物涂覆于聚砜超濾膜(PSf)上,制成PEIE-HT/PSf復(fù)合膜。HT層間移動碳酸根可作為移動載體增加對CO2的主動選擇性以提高復(fù)合膜的選擇性;HT的特殊帶電結(jié)構(gòu)可保持移動碳酸根的穩(wěn)定性;同時柔韌的PEIE作為膜基質(zhì)以及HT通道對其分子鏈間距的增加可提升復(fù)合膜的CO2滲透速率。因此,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜在一定程度上集合了液膜、離子交換膜和固定載體膜3種傳統(tǒng)促進傳遞膜的優(yōu)勢,彌補了彼此的不足。

        本工作進一步考察各方面因素對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響并分析其原因,以優(yōu)化PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的制備和使用條件。

        1 實驗部分

        1.1 PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的制備

        PEIE、HT和HT衍生復(fù)合氧化物(LDO)均按文獻[8]報道的方法制備。 將一定質(zhì)量濃度的LDO加入到1.5%(w)的PEIE溶液中,攪拌使其分散均勻,并繼續(xù)攪拌5 d使LDO在PEIE溶液中重構(gòu)生成HT,然后加入0.1%(w)硅烷偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),80 ℃下攪拌反應(yīng)2 h得到PEIE-HT復(fù)合物溶液,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        采用刮涂法制備PEIE-HT/PSf復(fù)合膜[9]。將PEIE-HT復(fù)合物溶液用刀動式厚度可調(diào)涂膜機刮涂在截留相對分子質(zhì)量為6 000的PSf上制成PEIE-HT/ PSf復(fù)合膜,置于人工氣候箱內(nèi),在溫度30 ℃、濕度40%的條件下干燥12 h。

        1.2 PEIE-HT/PSf 復(fù)合膜氣體滲透性能的測試

        將PEIE-HT/PSf復(fù)合膜固定在膜池內(nèi),有效面積為19.26 cm2。以CO2/N2(15%(φ)CO2+ 85%(φ)N2)混合氣為進料氣,高純H2為吹掃氣,進料氣和吹掃氣進入膜池前均先進入加濕罐中加濕,加濕罐的水浴加熱溫度為40 ℃,一般測試溫度約25 ℃,因此進入膜池前的進料氣的相對濕度認為是100%。滲透側(cè)的氣體由吹掃氣帶往氣相色譜儀(安捷倫公司7890型)中進行分析。透過氣和吹掃氣的總流量由皂膜流量計測量,截留側(cè)的氣體直接排空。

        圖1 PEIE-HT復(fù)合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of the PEIE-HT complex.

        采用滲透速率(R,單位GPU)評價膜的氣體透過性能,同時由于實驗中膜的滲透側(cè)采用H2吹掃,因此進料側(cè)氣體組分分壓遠大于透過側(cè)氣體組分分壓[10-11],因此采用CO2和N2的滲透速率之比計算CO2/N2分離因子,以評價膜的選擇性。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 HT通道含量對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響

        由于以LDO為前體在PEIE溶液中原位制備HT,所以LDO添加量越多,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜中的HT通道含量越高。圖2為LDO添加量對PEIEHT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響。

        由圖2可看出,與純PEIE制備的復(fù)合膜(LDO= 0)相比,當(dāng)植入HT通道后,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率和CO2/N2分離因子均顯著提高,這表明HT通道能對CO2起到選擇性促進傳遞作用。但從圖2也可看出,并非通道越多膜性能就越高。在相同壓力下,CO2滲透速率和CO2/N2分離因子均先隨LDO添加量的增加而升高,這是因為隨LDO添加量的增加,復(fù)合膜中能為CO2提供更多的HT高速通道,有利于CO2選擇性快速傳遞。而當(dāng)LDO添加量過高時,復(fù)合膜的性能反而有所降低,這是因為由LDO生成的HT通道是二維結(jié)構(gòu),具有方向性,而本實驗制備的HT通道在膜中尚未定向,因此通道會存在垂直、傾斜和平行于膜面3種情況。當(dāng)與膜面垂直時效率最高,傾斜時次之,平行于膜面的HT實際上起不到促進傳遞作用,它只能像添加的普通無機粒子那樣起到增加聚合物鏈間距的作用,所以HT通道利用效率并未達到最大化。由于HT通道沒有定向,當(dāng)其含量過大時會存在HT層板相互交叉更疊,原來垂直和傾斜方向的通道可能被部分平行的通道封堵,因此不利于CO2的促進傳遞,所以當(dāng)LDO添加量過高、生成的HT通道過多時復(fù)合膜的性能反而有所降低。另外當(dāng)通道過多時,無機粒子之間難免會形成一些小空隙,這種空隙是一種空白無選擇性的路徑,不利于對CO2的選擇性傳遞,也會導(dǎo)致復(fù)合膜性能有所降低。因此復(fù)合膜中HT通道含量存在最佳值,即LDO添加量存在最佳值。由圖2可看出,不同壓力下,LDO添加量的最佳值有所不同。當(dāng)壓力小于0.50 MPa時,復(fù)合膜的CO2滲透速率和CO2/N2分離因子的最大值均出現(xiàn)在LDO添加量為1.0%(w)處;而當(dāng)壓力進一步升高時,LDO添加量的最佳值有所降低。當(dāng)壓力大于等于1.00 MPa時,LDO添加量為0.75%(w)的復(fù)合膜具有最高的CO2滲透速率,而LDO添加量為0.5%(w)的復(fù)合膜的CO2/N2分離因子最高。這表明隨LDO添加量的增加,HT通道含量隨之增高,復(fù)合膜的耐高壓能力有所降低。但當(dāng)膜技術(shù)應(yīng)用于煙道氣CO2捕集或密閉空間脫CO2時,壓力一般較低(通常煙道氣CO2捕集的壓力為0.1~0.3 MPa[12-13],密閉空間脫除CO2的壓力為常壓),而在這些壓力范圍內(nèi),以LDO添加量為1.0%(w)制備的PEIE-HT/ PSf復(fù)合膜具有較高的CO2滲透速率和CO2/N2分離因子。因此,本實驗選擇LDO添加量為1.0%(w)制備PEIE-HT/PSf復(fù)合膜。同時也可推測,將來若將HT通道在復(fù)合膜中定向構(gòu)建,HT通道的利用效率會更高,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜可能會獲得更高的滲透選擇性能。

        圖2 LDO添加量對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響Fig.2 Effects of LDO dosage on the performances of the PEIE-HT/PSf composite membranes.

        2.2 壓力對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響

        氣體分離膜中,壓力是影響復(fù)合膜滲透選擇性能的重要因素。進料氣壓力對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響見圖3。

        由圖3可看出,隨進料氣壓力的提高,PEIEHT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率和CO2/N2分離因子均有所降低,這是典型的促進傳遞膜的特征。其原因是促進傳遞膜中CO2傳遞存在兩種途徑:一方面是通過載體與CO2起可逆反應(yīng)進行促進傳遞,PEIEHT/PSf復(fù)合膜中有兩種載體參與可逆反應(yīng),即分子鏈上的胺基和HT通道中的碳酸根(反應(yīng)式分別見式(1)和式(2));另一方面是部分CO2按照溶解擴散方式進行傳遞。而隨進料氣壓力的提高,復(fù)合膜中的載體會逐漸趨于飽和,更多的CO2只能按照傳遞效率相對較低的溶解擴散方式進行傳遞,因此隨進料氣壓力的提高促進傳遞膜的滲透選擇性能有所降低。在0.11 MPa時PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率為5 693 GPU,CO2/N2分離因子為268;隨進料氣壓力的提高PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的滲透選擇性能降低,但在1.50 MPa的高壓下PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率仍可達450 GPU,CO2/N2分離因子達29。由此可看出,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜在不同壓力下均具有較高的滲透選擇性能,在低壓下其滲透選擇性能更優(yōu)良,適宜用于煙道氣或密閉空間等使用壓力不高的場合脫除CO2。

        圖3 進料氣壓力對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響Fig.3 Effects of feed gas pressure on the performances of the PEIE-HT/PSf composite membrane.

        2.3 濕涂層厚度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響

        在膜技術(shù)應(yīng)用過程中,分離層厚度是影響膜性能的一個非常重要的因素。為提高CO2滲透速率,原則上分離層厚度越薄越好,但在工業(yè)應(yīng)用過程中,膜越薄在使用過程中被損傷的概率也越大,因此工業(yè)應(yīng)用過程中分離層厚度不宜太薄,以防止損傷。圖4為濕涂層厚度分別為50,100,150 μm的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的斷面SEM圖。由圖4可見,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜分離層厚度隨濕涂層厚度的增加而增加。濕涂層厚度為50 μm時分離層厚度約為263 nm,濕涂層厚度為100 μm時分離層厚度約為471 nm,而濕涂層厚度為150 μm時分離層厚度約為772 nm。

        圖4 不同濕涂層厚度的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的斷面SEM圖Fig.4 SEM images of cross-sections of the PEIE-HT/PSf composite membranes with different wet coating thickness.

        將不同濕涂層厚度的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜用于CO2/N2混合氣分離,濕涂層厚度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響見圖5。由圖5(a)可看出,CO2滲透速率隨濕涂層厚度的增加有所降低,當(dāng)進料氣壓力為0.11 MPa時,濕涂層厚度由50 μm增至100 μm和150 μm時,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率由5 693 GPU分別降至2 245 GPU和1 162 GPU。這是因為隨濕涂層厚度的增加,復(fù)合膜中的傳遞路徑增長,對氣體的阻礙增加,導(dǎo)致CO2滲透速率降低。且不同濕涂層厚度的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率均隨壓力的提高而降低,顯現(xiàn)出促進傳遞膜的特征。另外,由圖5(a)也可看出,在不同的壓力下,厚度小的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率始終比厚度大的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜高。

        由圖5(b)可看出,在低壓下厚度小的PEIEHT/PSf復(fù)合膜的CO2/N2分離因子更高,但隨壓力的提高,其下降幅度更大,在高壓時厚度大的復(fù)合膜的CO2/N2分離因子反而更高。這是由于膜厚度越薄,越有利于占據(jù)載體的CO2的快速脫附,因而能很快將載體解脫出來再次選擇膜上游的CO2,所以低壓下厚度小的復(fù)合膜的載體利用效率更高,CO2/ N2分離因子也更高;而隨壓力的提高,復(fù)合膜的載體會趨于飽和,厚度小的復(fù)合膜中載體總數(shù)量明顯低于厚度大的復(fù)合膜,所以厚度小的復(fù)合膜的載體更易飽和[14],當(dāng)載體飽和后,更多的CO2只能通過溶解擴散方式傳遞;另外,厚度小的復(fù)合膜,分子鏈的纏繞束縛力小,移動性好,更容易塑化,N2就更易進入[15-17]。因此,隨壓力的提高,厚度小的復(fù)合膜的CO2/N2分離因子明顯降低。但煙道氣或密閉空間等場合CO2捕集壓力一般較低,因此厚度小的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜更易獲得高的滲透選擇性,在成本方面更有優(yōu)勢。

        2.4 溫度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響

        用膜技術(shù)脫除密閉空間中的CO2時,其操作溫度一般為常溫;而采用膜技術(shù)來捕集煙道氣中的CO2時其操作溫度約為50 ℃。此外,偶爾的溫度波動也可能對膜性能造成影響。因此考察溫度對膜性能的影響,對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的實際應(yīng)用具有重要意義。溫度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響見圖6。

        圖5 濕涂層厚度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響Fig.5 Effects of wet coating thickness on the performances of the PEIE-HT/PSf composite membrane.

        圖 6 溫度對PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的影響Fig.6 Effects of temperature on the performances of the PEIE-HT/PSf composite membrane.

        由圖6可看出,當(dāng)溫度從25 ℃升至50 ℃時,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率和CO2/N2分離因子均略有提高,其原因是隨溫度的升高,載體與CO2的可逆反應(yīng)速率加快,對CO2的選擇傳遞速率加快,導(dǎo)致復(fù)合膜的性能略有提高。但當(dāng)溫度繼續(xù)升至100 ℃時,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜的CO2滲透速率和CO2/N2分離因子均有所降低,這是由于此時膜中的水分雖由進料氣加濕有所補充,但溫度升高使水蒸氣在膜中的蒸發(fā)速率加快,使得進入膜中的水分與從膜中蒸發(fā)的水分不平衡,膜中含水量減小,導(dǎo)致載體、水和CO2三方參與的可逆反應(yīng)[7,16,18]不能充分進行,因此復(fù)合膜的性能降低。特別是當(dāng)溫度達到150 ℃和200 ℃時,由于膜中幾乎不能保有水分,導(dǎo)致復(fù)合膜的性能嚴重降低。但當(dāng)溫度從200℃開始降溫時,復(fù)合膜的性能雖略有降低,但基本能恢復(fù)到之前的水平。這表明,雖然溫度波動會造成PEIE-HT/PSf復(fù)合膜滲透選擇性能的變化,但這種變化基本是可逆的,說明PEIE-HT/PSf復(fù)合膜對溫度變化具有良好的適應(yīng)性。因此對于煙道氣或密閉空間等使用溫度通常均低于50 ℃的場合,PEIEHT/PSf復(fù)合膜具有良好的潛在應(yīng)用價值。

        3 結(jié)論

        1)由于HT通道是二維結(jié)構(gòu),存在方向性,因此PEIE-HT/PSf復(fù)合膜中HT通道含量并非越高越好,通道含量過高反而會影響其效率的發(fā)揮。生成HT通道的前體LDO的適宜添加量為1.0%(w)。

        2)PEIE-HT/PSf復(fù)合膜具有典型的促進傳遞特征,隨進料氣壓力的提高復(fù)合膜中的載體趨于飽和,導(dǎo)致其滲透選擇性能有所降低。因此PEIEHT/PSf復(fù)合膜在低壓下具有更優(yōu)的滲透選擇性能。

        3)濕涂層厚度小的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜具有更高的CO2滲透速率,雖然其CO2/N2分離因子隨壓力的提高下降較快,導(dǎo)致高壓下其CO2/N2分離因子略低于濕涂層厚度大的復(fù)合膜,但總體上濕涂層厚度小的復(fù)合膜性能更高,更有應(yīng)用價值。

        4)在溫度為25 ℃和50 ℃時,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜具有很高的滲透選擇性能,但當(dāng)溫度達到100℃及以上時,由于膜中水分缺失導(dǎo)致復(fù)合膜的滲透選擇性降低;而當(dāng)溫度降低時,復(fù)合膜的性能基本恢復(fù),表明PEIE-HT/PSf復(fù)合膜對溫度波動具有較好的適應(yīng)性。

        5)當(dāng)LDO添加量為1.0%(w)時,濕涂層厚度為50 μm的PEIE-HT/PSf復(fù)合膜,在0.11 MPa和25℃下,CO2滲透速率可達5 693 GPU,CO2/N2分離因子達268,顯示了良好的CO2分離性能。對于煙道氣或密閉空間等使用壓力和溫度均不高的CO2捕集場合,PEIE-HT/PSf復(fù)合膜具有良好的潛在應(yīng)用價值。

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        (編輯 安 靜)

        敬告讀者:《石油化工》自2015年第5期開始在“專題報道”欄目連續(xù)刊登中國石化北京化工研究院乙烯研究室的系列報道。主要針對乙烯研究室在裂解技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)、抑制結(jié)焦技術(shù)、選擇加氫技術(shù)、甲烷化技術(shù)、烯烴產(chǎn)品凈化技術(shù)以及新型催化工藝開發(fā)與應(yīng)用等方面的領(lǐng)先技術(shù)成果進行報道。敬請廣大讀者給予關(guān)注。

        專題報道:中國石化北京化工研究院乙烯研究室研究了CuO/ZrO2催化劑在低溫脫除氣相乙烯及液相丙烯中CO的性能,發(fā)現(xiàn)了在采用兩段反應(yīng)器的反應(yīng)中,殘留的H2O和CO2對反應(yīng)結(jié)果具有較大的影響。通過XRD,XPS,HRTEM,TPD等表征手段發(fā)現(xiàn),CuO/ZnO/ZrO2催化劑中CuO-ZrO2的協(xié)同效應(yīng)對CO的脫除具有重要的作用。見本期798~803頁。

        中國石化北京化工研究院乙烯研究室簡介:中國石化北京化工研究院乙烯研究室自20世紀60年代開始,長期致力于乙烯技術(shù)的研究和開發(fā),圍繞石油化工的“龍頭”——低碳烯烴的生產(chǎn)和分離過程,先后完成了裂解爐輻射段工藝技術(shù)、裂解爐強化傳熱技術(shù)、裂解爐抗結(jié)焦涂層技術(shù)、裂解爐快速燒焦技術(shù)、選擇加氫催化劑及技術(shù)、低溫甲烷化催化劑及技術(shù)、超重機脫硫技術(shù)等核心技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)應(yīng)用。乙烯研究室裂解技術(shù)團隊在對國外先進技術(shù)深入研究和消化吸收的基礎(chǔ)上堅持創(chuàng)新發(fā)展,作為CBL裂解爐開發(fā)組的核心成員成功開發(fā)了我國首臺20 kt/a裂解爐,隨后裂解爐的產(chǎn)能實現(xiàn)了從60 kt/a、100 kt/a到150 kt/a的跨越式發(fā)展,目前采用CBL技術(shù)設(shè)計和改造裂解爐125臺,總產(chǎn)能約為7 000 kt/a;與此同時,自主開發(fā)的強化傳熱技術(shù)、爐管抗結(jié)焦涂層的成功應(yīng)用,使得國產(chǎn)化的裂解爐運行周期從50 d左右延長至200 d以上;乙烯研究室加氫催化劑技術(shù)團隊通過不斷創(chuàng)新,采用多種國際首創(chuàng)技術(shù),開發(fā)了國內(nèi)乙烯裝置各種不同工藝技術(shù)所需的全部催化劑(應(yīng)用于7種不同工藝與物料,共計十余個牌號),在催化劑性能等許多方面超越了國外同類催化劑,突破了國外大公司的壟斷并迅速占領(lǐng)了國內(nèi)80%以上的市場,表現(xiàn)出優(yōu)異的增產(chǎn)節(jié)能、增收節(jié)支能力,取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。技術(shù)上的領(lǐng)先,讓我國自主研發(fā)的裂解爐和選擇加氫催化劑成功走出國門。CBL裂解爐在馬來西亞Titan公司成功開車,碳二碳三選擇加氫催化劑先后在英國、韓國、日本、伊朗、印度尼西亞、菲律賓、馬來西亞、泰國、印度、沙特阿拉伯等國的石化企業(yè)成功應(yīng)用。經(jīng)過多年的努力,乙烯研究室在乙烯技術(shù)領(lǐng)域獲得國家獎勵5項。這些成果標志著中國石化的乙烯技術(shù)已達到國際先進水平,獲得國際公司的認可。

        Analysis of the Factors Affecting the Performance of PEIE-HT/PSf Composite Membrane

        Liao Jiayou,Wang Zhi,Wang Ming,Zhao Song,Wang Jixiao,Wang Shichang
        (Tianjin Key Laboratory of Membrane Science and Desalination Technology,School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,China)

        A PEIE-HT complex was prepared through a reconstruction method,which structured hydrotalcite(HT) channels in the molecular chains of the polyethyleneimine-epichlorohydrin copolymer(PEIE),and then the PEIE-HT/PSf composite membrane was manufactured by coating PEIE-HT complex on polysulfone ultraf ltration membrane(PSf). The effects of LDO(HT precursor)dosage,pressure,wet coating thickness and temperature on the performances of the PEIE-HT/PSf composite membrane were investigated. The PEIE-HT/PSf composite membrane revealed excellent performances for gas separation. Under the conditions of CO2/N2(15%(φ)CO2+ 85%(φ)N2) as feed gas,LDO dosage 1.0%(w),wet coating thickness 50 μm,0.11 MPa and 25 ℃,the CO2permeance and the CO2/N2selectivity of PEIE-HT/PSf composite membrane reached 5 693 GPU and 268,respectively. The PEIE-HT/PSf composite membrane could be used to capture CO2in f ue gas or purify air in a conf ned space.

        composite membrane;gas separation;carbon dioxide;hydrotalcite;polyethyleneimineepichlorohydrin copolymer;polysulfone ultraf ltration membrane

        1000 - 8144(2015)07 - 0791 - 07

        TQ 028.8

        A

        2015 - 05 - 08;[修改稿日期] 2015 - 05 - 13。

        廖家友(1981—),男,四川省遂寧市人,博士生,電話 18920019935,電郵 liaojiayou2316@163.com。聯(lián)系人:王志,電話 022 - 27404533,電郵 wangzhi@tju.edu.cn。

        國家自然科學(xué)基金重點項目(20836006)。

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