[发明专利]一种用于从有机溶剂中解吸CO2

说明书

本发明公开了属于膜分离技术领域的一种用于从有机溶液中解吸CO₂的PPM膜的制备方法，具体是一种用于从有机溶剂中解吸CO₂的原位合成MOF材料的聚二甲基硅氧烷膜(PPM)的制备方法。具体是将支撑膜浸泡在碱的醇溶液中，得到基膜、基膜用醇溶液冲洗后泡入无机溶液中过夜、在PDMS中添加有机物及有机溶剂、交联剂，超声分散中加入催化剂，得到最终的铸膜液；将基膜浸泡在铸膜液、然后静置、干燥得到聚二甲基硅氧烷分离膜(PPM)；本发明从有机溶剂中分离CO₂的聚二甲基硅氧烷膜耐溶剂性能和渗透通量、分离因子等分离性能优异。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种用于从有机溶液中解吸CO₂的PPM膜的制备方法，具体是一种用于从有机溶剂中解吸CO₂的原位合成MOF材料的聚二甲基硅氧烷膜(PPM)的制备方法。

背景技术

溶剂吸收法是燃烧前捕集CO₂的重要方法。高压下，物理溶剂吸收法的性能优于化学吸收，CO₂捕集效率较高^[1-3]，常规的物理有机吸收剂有甲醇(MeOH)、聚乙二醇二甲醚(NHD)、碳酸丙烯酯(PC)、N-甲基吡络烷酮(NMP)等。

MeOH吸收剂需要大量能量用于冷却过程，能耗较高。NHD，PC和NMP三种溶剂再生过程中需要大量能量，且溶剂价格昂贵。根据本课题组之前的研究，碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和琥珀酸二乙酯(DES)由于具有较高的CO₂溶解度和较低的解吸能量消耗而被广泛认为是环境友好型的高性能物理吸收剂^[4-6]。

通常，吸收法捕集CO₂后需要通过加热解吸或气提解吸来完成吸收剂的再生，但是这两种解吸方式能耗大，成本高。本课题组通过实验和理论研究，开发了采用膜解吸取代原有加热解吸和气提解吸的方法，使解吸能耗大幅降低。但是前期研究开发的以PDMS为主要膜材的解吸膜在长期使用中由于耐溶剂性能不佳，通量较低，膜材更换频繁，使膜解吸成本升高^[7,8]。

鉴于上述情况，本课题组提出采用以聚二甲基硅氧烷(PPM)为主要膜材，在膜上原位生长MOF，制备得到耐溶剂的CO₂解吸膜，其使用寿命和CO₂通量均得到大幅提高。

聚二甲基硅氧烷(PPM)多用于制备渗透汽化膜，用于挥发性组分的分离^[9-12]。也可用于气体分离，如CO₂/CH₄分离^[13]、CO₂/丙烷分离^[14]、O₂/N₂分离^[15]等。

现有的PDMS/MOFs复合膜多采用直接将MOF粒子掺入铸膜液制备，如文献[16]采用将制备好的多种MOFs直接添加进PDMS铸膜液中，制得的膜用于VOCs/N₂分离。文献[17]中直接将锌离子与PDMS混合涂覆在膜上，而后继续涂覆甲基咪唑与PDMS混合物，所制得的膜用于正丁醇的渗透汽化，未提及具体制膜方法。文献[18]采用将制备好的ZIF-8直接添加进PDMS铸膜液中，制得的膜用于丙烷/氮气分离，所得膜较厚。文献[19]中采用在PDMS膜上原位合成ZIF-8颗粒，但并未将其应用于CO₂解吸体系中。文献[20]采用将制备好的ZIF-8直接添加进PDMS铸膜液中，制得的膜用于丁醇/水的分离。文献[21]采用将制备好的ZIF-8直接添加进PDMS铸膜液中，采用浸涂方式制膜，而后继续加入锌源与甲基咪唑，进行二次生长，制得的膜用于乙醇/水的分离。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于从有机溶剂中解吸CO₂的PPM膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将支撑膜浸泡在碱的醇溶液中1小时，得到基膜；