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分离二氧化碳的高性能杂化膜

2011 级硕士开题报告. 分离二氧化碳的高性能杂化膜. 报告人： 芦霞 指导教师： 吴洪 教授 2012 年 7 月 9 日. 主要内容. 研究背景. 天然气中也含有大量的 CO 2 ， 一般情况下刚开采出来的天然气含有 10%-20% 的 CO 2 ， 有的甚至达到 80% 以上。但是天然气中的 CO 2 会 对管道造成严重的腐蚀，影响天然气的运输。 因此，在运输天然气之前要对其进行处理，才能保证安全运输。 中华人民共和国国家标准 -----GB 17820-1999 规定的天然气外输标准 CO 2 体积不能超过 3% 。.

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分离二氧化碳的高性能杂化膜

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Presentation Transcript

  1. 2011级硕士开题报告 分离二氧化碳的高性能杂化膜 报告人： 芦霞 指导教师：吴洪教授 2012年7月9日

  2. 主要内容

  3. 研究背景

  4. 天然气中也含有大量的CO2， 一般情况下刚开采出来的天然气含有10%-20%的CO2， 有的甚至达到80%以上。但是天然气中的CO2会对管道造成严重的腐蚀，影响天然气的运输。 因此，在运输天然气之前要对其进行处理，才能保证安全运输。 中华人民共和国国家标准-----GB 17820-1999规定的天然气外输标准CO2体积不能超过3%。 烟道气或工厂尾气中含有不到10%的二氧化碳，而二氧化碳又是很好的资源，可分离出来重复利用。

  5. 膜分离技术已经被证明具有技术上的可行性。膜分离法具有装置简单操作容易、占地少、能耗小、成本低和无污染等优势。目前，国外已经有很多膜分离法脱除CO2的装置，而国内刚刚起步，具有很大的发展空间，此外，现存的捕集和埋存CO2技术的成本较高，这也为膜分离法的发展提供了很好的契机 。

  6. CO2气体膜分离的机理 理 想 型 的 杂 化 膜 杂 化 膜 的 制 备 方 法 CH4或N2 CO2

  7. PEO 类 无无 机 个个 碳的无 机材料 P PI或 PEI

  8. 实验方案1 选用工业化应用的高分离性能的聚酰亚胺（PI）和磺化聚醚醚酮（SPEEK） 做为高分子主体。 PI PI 的选择性相对高一些，渗透量上明显不足。 SPEEK SPEEK可以有效地抑制塑化，但是选择性和渗透通量都是较低的。

  9. 预实验及实验方案1 DMF PI/SPEEK 聚酰亚胺与磺化聚醚醚酮共混，得到的通量特别低，甲烷的吸收峰在气象色谱中几乎检测不出。 实验结果 S=0% S=50% S=30%

  10. S=50% S=70% S=100% The glass plate was transferred to an oven at 85 ◦C, and kept for another 24 h. The membrane was finally dried under vacuum at 250 ◦C to get rid of the residual solvent. All the membranes were kept under vacuum at room temperature overnight before testing.

  11. 方案一，成膜过程中，聚酰亚胺和磺化聚醚醚酮共混时加热一定方案一，成膜过程中，聚酰亚胺和磺化聚醚醚酮共混时加热一定 的温度，并延长共混的时间。 方案二，对膜进行压力实验，测定在压力变化下的膜的性能。 方案三，成膜后在马弗炉里加热200℃处理一下。 方案四，替换成高通量的高分子PDMS 可能解决问题的方法 PDMS 是研究有机物优先渗透的重要膜材料，但是单一的有机物均质膜 在选择性、通量和稳定性上达不到实际的工业要求，必须对其进行改性

  12. 方案2 以pebax为高分子主体，向其中共混一定比例的PEGDME，再通过向其中掺杂 一系列的新型吸附剂制备杂化膜。 可供选择的吸附剂主要有分子筛、纳米管、活性炭和MOFs等。 而且，做过纯Pebax的膜渗透性在118.172barrer，选择性为16.95。加入50%的PEGDME后渗透性增加为631.59，选择性仅降为13.44。

  13. 方案2 几种吸附剂的介绍 一、MOFs类 The Ni/DOBDC pellet has a high CO2 capacity of 3.74mol/kg at 0.15 bar and a high CO2/N2 selectivity of 38, which is much higher than those of reported metal−organic frameworks and zeolites under dry conditions. Choi, S., T. Watanabe, et al. (2012). "Modification of the Mg/DOBDC MOF with Amines to Enhance CO2 Adsorption from Ultradilute Gases." Journal of Physical Chemistry Letters3(9): 1136-1141.

  14. 方案2 This compound displays an exceptional capacity for CO2 adsorption at low pressures, taking up 2.0 mmol/g (8.1 wt %) at 0.39 mbar and 25 °C, conditions relevant to removal of CO2 from air, and 3.14 mmol/g (12.1 wt %) at 0.15 bar and 40 °C, conditions relevant to CO2 capture from flue gas

  15. 方案2 二、分子筛 碳分子筛 沸石

  16. 方案3 基于王师兄的工作，利用咪唑微囊的保水性能，将其加入到高分子中制备杂化膜。2009年关于分离二氧化碳方面已有文献报道水的存在会促进二氧化碳的传递。 选择的高分子为亲水性的Pebax。 交联度 咪唑微囊 本身的调控 内核的尺寸 对膜及膜结构 进行的调控 硅球的尺寸 微囊外壁的尺寸 成膜过程中微囊的含量

  17. 最终目标 获得杂化膜碳捕集性能强化的有效方法 将以上方案制备出的较好的杂化膜制备成复合膜 根据“863”计划的任务目标，CO2/CH4渗透量达到100GPU，分离因子大于30

  18. 膜的性能测试 通过气象色谱测定物料不同组分的峰面积、物料的浓度、进料的压力、 膜的厚度及面积等来计算渗透性和分离因子。

  19. 实验表征

  20. 创新点 可能存在的创新点 1.探索若干低成本、高性能的杂化膜的制备方法。 2.试图将MOFs类的吸附剂加入到膜中，并对其进行调控。 3.系统性研究碱性保水微囊在二氧化碳气体分离方向的促进传递。

  21. Thank you

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