平码五不中公式规律
  • / 7
  • 下载费用:30 金币  

一种分离富集二氧化碳的方法.pdf

关 键 ?#21097;?/dt>
一种 分离 富集 二氧化碳 方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
摘要
申请专利号:

CN201910037721

申请日:

20190115

公开号:

CN109621647A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: B01D53/22;B01D53/32;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02; 主分类号: B01D53/22;B01D53/32;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;
申请人: 浙江大学
发明人: 彭新生;应文
地址: 310013 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
优先权:
专利代理机构: 33224 代理人: 胡红娟
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201910037721

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明涉及气体分离技术领域,公开了一种分离富集二氧化碳的方法,包括:在20~100℃、0.01~0.2MPa压力、强度为?7.5~7.5V/mm的电场条件下,采用离子液体/二维片层材料气体分离膜对含有二氧化碳的混合气体进行分离富集;离子液体/二维片层材料气体分离膜的制备方法包括:(1)将二维片层材料分散在去离子水中得到二维片层材料分散液,通过真空抽滤将二维片层材料分散液抽滤到多孔基底上,得到二维片层材料膜;(2)将离子液体涂布在所述的二维片层材料膜表面,在不低于50KPa负压下保持1~8小?#20445;?#24471;到离子液体/二维片层材料气体分离膜。本发明的方法通过对离子液体/二维片层材料气体分离膜施加电场,使得离子液体/二维片层材料气体分离膜具有非常优异的气体分离能力。

权利要求书

1.一种分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,包括: 在20~100℃、0.01~0.2MPa压力、强度为-7.5~7.5V/mm的电场条件下,采用离子液体/二维片层材料气体分离膜对含有二氧化碳的混合气体进行分离富集; 所述离子液体/二维片层材料气体分离膜的制备方法包括: (1)将二维片层材料分散在去离子水中得到二维片层材料分散液,通过真空抽滤将二维片层材料分散液抽滤到多孔基底上,得到二维片层材料膜; (2)将离子液体涂布在所述的二维片层材料膜表面,在不低于50KPa负压下保持1~8小?#20445;?#24471;到离子液体/二维片层材料气体分离膜。 2.根据权利要求1所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,电场的施加方式为:在所述的离子液体/二维片层材料气体分离膜两侧分别设置一片金属电容片,在两片金属电容片上施加直流电压。 3.根据权利要求1所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,所述含有二氧化碳的混合气体为二氧化碳与氢气、甲烷和氮气中的至少一种的混合气。 4.根据权利要求1所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,所述的二维片层材料为氧化石墨烯、二硫化钼和二硫化钨中的至少一种。 5.根据权利要求4所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,所述的二维片层材料为氧化石墨烯。 6.根据权利要求1、4或5所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。 7.根据权利要求1所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,所述的离子液体/二维片层材料气体分离膜的厚度为50~1500nm;离子液体/二维片层材料气体分离膜中,离子液体的质量百分比为50~80%。 8.根据权利要求1所述的分离富集二氧化碳的方法,其特征在于,所述的多孔基底为聚碳酸酯多孔膜或无机氧化铝多孔膜。

说明书


一种分离富集二氧化碳的方法
技术领域


本发明涉及气体分离技术领域,尤其涉及一种分离富集二氧化碳的方法。


背景技术


气体分离膜分离气体的原理主要是基于不同气体在膜内的传输速率不同,通常可
分为微孔扩散机制和溶解扩散机制。微孔扩散机制主要是利用多孔材料的孔洞或层状材料
的通道来进行筛分;溶解扩散机制则是利用如一些高分子材料对不同气体具有不同溶解度
和扩散系数的特性来分离和富集。


膜分离技术在应对当前由于以CO
2为主的?#29575;?#27668;体的大量排放造成的?#29575;?#25928;应等
气候变化带来的负面影响方面具有很高的利用价值,其具有环保、低能耗等优势。开发新型
高效节能的分离膜成为重要的研究方向。


聚合物薄膜作为气体分离膜早已?#24230;?#21830;用,但聚合物薄膜所具有的通量低、稳定
性差?#28909;?#28857;极大地限制了其应用。而二维层状材料如石墨烯、氧化石墨烯等,具有独特的纳
米级通道,使气体分离膜在气体分离领域有了新的可能。氧化石墨烯具有独特的二维结构
和成熟的制备工艺,由氧化石墨烯片层规则堆垛而成的氧化石墨烯薄膜在多个领域内都有
很大的应用潜力,如水处理,电化学,催化,气体分离等。但是在气体分离领域,纯的氧化石
墨烯薄膜的分离效率远没有达到可以实际应用的地步,因此需要进行改性。


离子液体是一种室温下呈液态的盐,具有蒸气压低、热稳定性和化学稳定性好等
优点,且对二氧化碳有很高的溶解度,因此可以用来分离和富集二氧化碳。但将离子液体直
接用来使用存在很大的局限性,因此常常将离子液体填充在多孔介质内制?#31579;?#21512;膜来使
用。


在单纯的压力差驱动下,气体分离膜对混合气体中二氧化碳的分离富集效率仍然
有待提高。


发明内容


本发明提供了一种分离富集二氧化碳的方法,对二氧化碳的分离能力和分离效率
较高。


具体技术方案如下:


一种分离富集二氧化碳的方法,包括:


在20~100℃、0.01~0.2MPa压力、强度为-7.5~7.5V/mm的电场条件下,采用离子
液体/二维片层材料气体分离膜对含有二氧化碳的混合气体进行分离富集;


所述离子液体/二维片层材料气体分离膜的制备方法包括:


(1)将二维片层材料分散在去离子水中得到二维片层材料分散液,通过真空抽滤
将二维片层材料分散液抽滤到多孔基底上,得到二维片层材料膜;


(2)将离子液体涂布在所述的二维片层材料膜表面,在不低于50KPa负压下保持1
~8小?#20445;?#24471;到离子液体/二维片层材料气体分离膜。


利用真空抽滤的方式将二维片层材料水溶液中的二维片层材料抽滤至多孔基底
上,得到具有规则层状结构的二维片层材料薄膜,该薄膜中层间距在1纳米以下;将离子液
体涂布在二维片层材料薄膜表面后,离子液体会受到毛细管力的作用,逐渐渗透到二维片
层材料薄膜的片层之间,并最终被限制在其中。


相比于氢气、甲烷和氮气,离子液体对二氧化碳具有更高的溶解度,再加上二维片
层材料纳米孔道的限域作用,此时的离子液体/二维片层材料气体分离膜已经具有较好的
分离能力,在电场的进一步作用下,离子液体在二维片层材料之间的结构会得到改变,从而
改变离子液体对气体的溶解度和扩散系数。在电场的作用下,离子液体/二维片层材料气体
分离膜对二氧化碳气体的分离效率更高。另外,通过施加不同强度的电场,可以调节离子液
体的阴阳离子在二维片层材料之间的分布变化,从而可调解离子液体/二维片层材料气体
分离膜的分离性能。


本发明中,电场的施加方式为:在所述的离子液体/二维片层材料气体分离膜两侧
分别设置一片金属电容片,在两片金属电容片上施加直流电压。


优选的,所述含有二氧化碳的混合气体为二氧化碳与氢气、甲烷和氮气中的至少
一种的混合气。


离子液体/二维片层材料气体分离膜对二氧化碳与氢气、甲烷和氮气的通量差别
较大,所述的含有二氧化碳的混合气体为二氧化碳与氢气、甲烷和氮气中的至少一种的混
合气?#20445;?#31163;子液体/二维片层材料气体分离膜对二氧化碳的分离富集效率更高。


优选的,所述的二维片层材料分散液中,二维片层材料的质量百分比浓度为0.02
~0.2%。


优选的,所述的二维片层材料为氧化石墨烯、二硫化钼和二硫化钨中的至少一种;
进一步优选的,所述的二维片层材料为氧化石墨烯。氧化石墨烯具有独特的纳米级通道,具
有较好的选择性。


优选的,所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF
4])。该离
子液体对二氧化碳的选择性较高,成本较低。


随着膜厚度增加,气体的通量有所下降,但二氧化碳的分离比有所上升,但当膜厚
达到一定厚度后,通量和分离比基本不变。膜中离子液体的含量越高,通量会有所下降,但
二氧化碳的分离比会增加。


优选的,所述的离子液体/二维片层材料气体分离膜的厚度为50~1500nm;离子液
体/二维片层材料气体分离膜中,离子液体的质量百分比为50~80%。


优选的,所述的多孔基底为聚碳酸酯多孔膜或无机氧化铝多孔膜。聚碳酸酯多孔
膜或无机氧化铝多孔膜机械强度大,可为离子液体/二维片层材料复合层提供较稳定的支
撑。


与现有技术相比,本发明的有益效果为:


(1)离子液体/二维片层材料气体分离膜中,以二维片层材料作为支撑基底,具有
良好的稳定性,同时可将离子液体限制在二维片层材料的层隙中,限域下的离子液体相较
液相的离子液体,对气体的分离性能有了一定提高;


(2)通过电场改变离子液体的阴阳离子在二维片层材料之间的分布,从而改变离
子液体对气体的溶解度和扩散系数,增强离子液体/二维片层材料气体分离膜对二氧化碳
的分离富集能力,使得离子液体/二维片层材料气体分离膜具有非常优异的气体分离能力。


附图说明


图1为实施例1制备的氧化石墨烯薄膜的扫描电镜图,其中(a)为表面扫描电镜图,
(b)为断面扫描电镜图;


图2为实施例1制备的离子液体/氧化石墨烯薄膜的扫描电镜图,其中(a)为表面扫
描电镜图,(b)为断面扫描电镜图;


图3为实施例4制备的离子液体/氧化石墨烯薄膜的扫描电镜图,其中(a)为表面扫
描电镜图,(b)为断面扫描电镜图。


具体实施方式


实施例1


(1)室温下,配置氧化石墨烯质量百分比浓度为0.02%的氧化石墨烯水溶液,将
0.5ml溶液在85KPa负压下抽滤至无机氧化铝多孔膜上,膜的?#26412;?#20026;25mm,孔径200nm,制得
76nm厚的氧化石墨烯薄膜;


如图1所示,氧化石墨烯薄膜表面有细长的褶皱,断面有规则的层状结构。


(2)然后,在氧化石墨烯薄膜表面涂布0.05ml[BMIM][BF
4],保持在50KPa负压下2
小?#20445;?#21046;得170nm厚的[BMIM][BF
4]/氧化石墨烯气体分离膜,其中氧化石墨烯和[BMIM][BF
4]
的质量比为0.39。


如图2所示。在加了离子液体之后,氧化石墨烯薄膜表面的褶皱变的短粗,断面的
层状结构也消失了,且膜厚明显增大。


在室温、0.06MPa压力、强度为-2.5V/mm的电场条件下,测量该分离膜对二氧化碳、
氢气、甲烷和氮气的通量,得到二氧化碳和氢气、二氧化碳和甲烷、二氧化碳和氮气的通量
比值分别为14、67、85。


对比例1


在室温、0.06MPa压力的条件下,测量实施例1制得的[BMIM][BF
4]/氧化石墨烯气
体分离膜对二氧化碳、氢气、甲烷和氮气的通量,得到二氧化碳和氢气、二氧化碳和甲烷、二
氧化碳和氮气的通量比值分别为12、39、66。


实施例2


在室温、0.06MPa压力、强度为2.5V/mm的电场条件下,测量实施例1制得的分离膜
对二氧化碳、氢气、甲烷和氮气的通量,得到二氧化碳和氢气、二氧化碳和甲烷、二氧化碳和
氮气的通量比值分别为20、72、132。


实施例3


在室温、0.06MPa压力、强度为5V/mm的电场条件下,测量实施例1制得的分离膜对
二氧化碳、氢气、甲烷和氮气的通量,得到二氧化碳和氢气、二氧化碳和甲烷、二氧化碳和氮
气的通量比值分别为33、192、405。


实施例4


(1)室温下,配置氧化石墨烯质量百分比浓度为0.02%的氧化石墨烯水溶液,将
0.8ml溶液在85KPa负压下抽滤至无机氧化铝多孔膜上,膜的?#26412;?#20026;25mm,孔径200nm,制得
125nm厚的氧化石墨烯薄膜;


(2)然后,在氧化石墨烯薄膜表面涂布0.08ml[BMIM][BF
4],制得280nm厚的[BMIM]
[BF
4]/氧化石墨烯气体分离膜,其中氧化石墨烯和[BMIM][BF
4]的质量比为0.45。


该[BMIM][BF
4]/氧化石墨烯气体分离膜的表面和断面的结构如图3所示。


在室温、0.06MPa、强度为5V/mm的电场条件下,测量该分离膜对二氧化碳、氢气、甲
烷和氮气的通量,得到二氧化碳和氢气、二氧化碳和甲烷、二氧化碳和氮气的通量比值分别
为39、238、479。


以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明,应理解的是
以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做
的任何修改、补充和等同替换等,均应包含在本发明的保护范围之内。


关于本文
本文标题:一种分离富集二氧化碳的方法.pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-6153278.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
平码五不中公式规律 福彩3d杀号定胆彩宝贝 乒乓球拍图片 新疆十一选五专家预测号码推荐 腾讯财经股票 123期六肖中特 河南快赢481视频直播 欧洲三大博彩公司 正规合法棋牌平台有哪些 足彩总进球开奖结果 贵州十一选五号码