气体分离膜在二氧化碳和甲烷分离上的应用.docx

气体分离膜在二氧化碳和甲烷分离上的应用摘要：本文介绍气体分离膜的材料，并着重介绍CO2/CH4分离膜的开发背景及发展历史; CO2/CH4分离膜材料及相应的成膜技术,并提出CO2/CH4分离膜的发展方向。关键词:气体分离膜　二氧化碳　甲烷1 引言 在二十世纪的时候，气体膜分离技术就已经成熟发展起来，而且与之前比较传统的冷凝分离技术相比，有较大的差异，首先就是节约能源，降低能耗，其次就是分离的更加彻底，工作效率较高，而且这种技术操作起来更加简单方便，不会造成二次污染。然而，气体膜技术并不是完美的，因为高效的膜分离材料难找，气体膜分离技术只能限制在某些领域应用，而不能应用在更广阔的领域。近年,聚合物膜用于二氧化碳和甲烷体系的分离倍受重视,其主要应用领域有:强化采油过程中CO2回收、天然气中酸气的去除及生物发酵气体的精制。与传统的方法如深冷法、吸附法、吸收法等相比,膜技术简单、高效、灵活、占地面积小、投资少,且利于环境保护,目前在有些情况下其经济性已占了明显的优势。当前将膜技术结合某种传统方法的杂化膜过程更是兼具各过程的优点,正逐渐被人们接受。随着环保意识的加强,去除空气中酸性气体的要求和设想已提上日程,因此,至少在局部环境中空气净化也将对二氧化碳分离膜的发展产生巨大的影响。 2 气体分离膜的关键材料 气体分离膜技术的实施需要几个关键材料，根据材料性能上的差异，可以把膜材料分为高分子材料、无机材料和金属材料三种，详细的说明如下：2.1 高分子材料 高分子材料的组成成分并不是单一的，主要是由聚二甲硅氧烷、聚砜、醋酸纤维素、乙基纤维素等早期气体所合成。在分离膜材料的实际应用中，通常也采用其他的成分应用在分离膜领域。目前大量的研究工作者开始对高性能的气体分离膜进行多面钻研，尽力找出各类聚合物的分子结构与气体分离性能两者之间的联系。通过实际应用可得应用高分子具有很高的透气性，在气体分离领域有着很多的应用，并且取得了很好的应用效果。2.2 无机材料 和高分子材料一样，无机也是一种合成材料，目前主要有陶瓷膜，微单玻璃膜，金属膜和碳分子薄膜等作为主要成分合成的无价材料。具有良好的化学性能和热稳定的无机材料，它可以在更高的温度下工作，强酸性环境，沸石膜的无机晶体结构，具有良好的耐高温和化学降解性能，但缺点是该分子膜的制备环境需要达到一定的条件，目前只能在实验室中生产，在其他工厂由于无法运用严格的技术设备进行控制而无法量产。目前应用最多的就是无机陶瓷材料，因为其与无机膜和玻璃膜相比具有许多特点使得生产工艺简单，易于生产，其过滤面积大，能够使气体分离更加彻底。2.3 金属材料 这里所指的金属材料，并不包括所有的金属，而主要是稀有金属，尤其是钯以及合金材料，在分离膜技术上具有较好的应用，一般用于H2的分离。钯银合金的特点使得其在分离膜的构成材料上得到较好的应用，这主要在就在纯钯在气体分离的过程中会变脆，影响分离的效果。目前，钯膜材料已应用于加氢、脱氢及氢氧化等过程。3 CO2/CH4分离膜的研究的国内外背景3.1国外背景国外从20世纪60年代末开始研究高分子固定化液膜，如多孔乙酸纤维素支撑液膜。用固定化液膜(ILM)促进运输CO2已经有很多报道。1967年，Ward和Robb首先用固定化液膜从o中促进运输C0，在固定化液膜运输CO的过程中，多以碳酸根和碳酸氢根(CO一和HCOf)作为反应载体。用HCOf／CO溶液的液膜，能非常有效地从CO：N0混合气体中除去CO，膜渗透系数为16．09×10_9 cm3·cm／(cm2·s·Pa)，C02／02(25℃)的分离系数高达1 500。如果在液膜中加入催化剂(如亚砷酸钠)，则Co／o的分离系数可增加4 100。HCOf／Co；一高分子固化液膜分离Co：技术可以除去载人飞船密封舱中1％～95％Co：，已被成功地应用于空间技术。但由于水分的蒸发，高分子固定化液膜的分离性能会发生变化，并且固定化液膜在高压下的稳定性较差，因此这方面的改进仍在继续。 20世纪80年代初，国外开始研究离子交换膜用于CO2的分离。离子交换膜首先由Leblanc等和Kimura等应用于气体分离。他们的研究表明，Co一阴离子交换膜对于从混合气中分离CO是尤其有效的，单质子化乙二胺阳离子交换膜也被用于分离CO。Way等用全氟磺酸离子交换膜作为固载体对CO／CH。分离体系进行了深入研究，C02的渗透速率达到5．7×10cm3／s，分离系数达到55。3.2国内背景 王志等2002年申请了名为“用于酸性气体分离的固定载体复合膜制备方法”的专利，公开了一种用于分离酸性气体的固定载体复合膜制备方法r2。该方法是在基膜表层上涂覆含有对酸性气体起促进传递作用的聚合物薄膜，过程包括对基膜的清洗、涂膜聚合物溶液的制备、涂覆