[发明专利]用于气体分离的含聚合离子液体的膜

说明书

本发明涉及由聚合的基于鏻的离子液体制成的致密的合成膜，其被发现特别适用于气体分离。所述膜可通过共聚反应经由组合物的UV固化获得，所述组合物包含基于鏻的离子液体单体、共聚单体、交联剂、表面活性剂和光引发剂，聚合混合物的其余部分由水组成。本发明还涉及制造所述膜的方法，从而产生坚固、致密和机械稳定的膜，并且涉及如此生产的膜在分离气体混合物(特别是含有二氧化碳的气体混合物)中的用途。

技术领域

本发明涉及用于气体分离的含有聚合离子液体的膜及其生产方法。更具体地，本发明涉及由聚合的基于鏻的离子液体制成的创新的合成膜，其被发现特别适用于气体分离。本发明还涉及这种膜在分离气体混合物，特别是含有二氧化碳的气体混合物中的用途，以及制造所述膜的方法，从而得到坚固、致密和机械稳定的膜。

背景技术

使用合成膜分离气体混合物在本领域是众所周知的。已知的分离方法是基于两种或多种气体穿过膜的相对渗透性(permeability)的差异，所述膜作为可渗透的屏障，不同的化合物以不同的速率穿过所述膜，或者根本不穿过。典型地，使气体混合物与膜的一侧接触，气体中的至少一种比其它气体更快地渗透该膜。这样，气流被分成两股气流，其中之一富含选择性渗透的气体。

聚合物膜在气体混合物的分离方面是经济的和技术上有用的，但是其性能受到所谓的Robeson极限的限制，即必须牺牲渗透性以提高选择性，反之亦然(Lloyd M.Robeson,Correlation of separation factor versus permeability for polymeric membranes,J.Mem.Sci.62,1991,165-185)。该限制尤其影响聚合物膜用于从烟气流中分离CO₂的用途，鉴于需要保护地球免受全球变暖的影响，近来这已成为一个关键问题。实际上，由于化石燃料燃烧产生的排放而使大气中的CO₂浓度增加，目前是主要的环境问题之一。

近来，CO₂捕获和封存受到了广泛关注。对于二氧化碳的封存，重要的是开发新的材料和方法以从烟气和其他气体混合物中分离和捕获CO₂。

离子液体是在低于约100℃通常变成液体的盐(例如硝酸乙铵(C₂H₅)NH₃⁺.NO₃^-)，由于其独特的化学和物理特性(例如其溶剂性质和导电性)而引起了广泛的关注，它们具有广泛的应用潜力。鉴于二氧化碳显著溶于离子液体的事实，这些物质(也称为液体电解质、熔融盐或离子玻璃)也已被开发为用于CO₂分离的非挥发性且可逆的吸收剂。

特别地，例如，不同液体物质在咪唑鎓离子液体中的溶解度主要取决于所涉及的物质的极性和氢键合能力。气体溶解度遵循相同的趋势，其中二氧化碳气体在许多离子液体中显示出杰出的溶解度。一氧化碳在离子液体中的溶解度低于许多常用的有机溶剂，并且氢仅微溶(类似于其在水中的溶解度)。众所周知，二氧化碳在离子液体中的溶解度主要由阴离子决定，其次是由阳离子决定，并且六氟磷酸盐(PF₆^-)和四氟硼酸盐(BF₄^-)阴离子已被证明特别适用于CO₂捕获(Mahinder Ramdin等,State-of-the-Art of CO₂ Capture withIonic Liquids,Ind.Eng.Chem.Res.51,2012,8149-8177)。

术语聚(离子液体)(PIL)，或者聚合的或聚合物离子液体，是指通过聚合物骨架连接的每个单体重复单元中具有离子液体(IL)物质的聚合物化合物，其通过具有可聚合基团的IL的聚合获得。已经发现这些材料中的一些比相应的离子液体单体具有显著更高的CO₂吸收速率或CO₂吸收容量。