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CO2选择性透过膜材料的制备 (固态膜) 高等学校化学学报 2013 (2):249 吸收分离法、吸附分离法、低温蒸馏分离法和膜分离法（效率高、低能耗、简便、环境友好及占地面积小、CO2浓度高，经济）。 是一种最具应用前景的CO2气体分离方法。 参数：气体渗透系数(P)和分离系数(α)。 无机膜传递气体机理: 努森扩散、表面扩散、 毛细管凝聚和分子筛分等． 优点：稳定、高强、长寿、易控制孔径及分布缺点：成本高、脆、密封困难。 多孔陶瓷膜( Al2O3和TiO2) 溶胶-凝胶法制备 （1 ~100 nm） 多孔玻璃膜( 组成为SiO2) 、 多孔金属膜( 如多孔不锈钢膜) 、 碳分子筛膜( 简称碳膜) 及沸石膜等． 努森扩散 ( knudsen diffusion ) 气体在多孔固体中扩散时，若孔径小于气体分子的平均自由程，则气体分子对孔壁的碰撞多于气体分子间的碰撞，这种扩散称为Knudsen扩散。 当气体的密度很低时，孔内的扩散，亦为Knudsen扩散。 液体中的平均自由程是很小，故Knudsen扩散不显著，而难由实验测定。 碳膜：超细微孔结构（近似气体分子尺寸）， 优点：选择性渗透性好，耐高温、耐高压、耐有 机溶剂及耐酸碱腐蚀性． 制备：有机聚合物热解， 原料：如聚酰亚胺( PI) 、聚糠醇、酚醛树脂、 聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、纤维素和 聚醚砜酮( PPESK) 等 Koresh 用纤维素膜为前驱体制中空纤维状碳膜 Suda 以商业化的Kapton 为前驱体制备的碳膜在 35 ℃时CO2 /N2分离系数( α) 122 ，目前最高。 沸石膜为结晶硅酸盐，较高的孔隙率和均匀的孔分布． 可用于异构烃类的分离． Liu 将纳米微孔ZSM-5 沸石与碳膜复合制得新型的炭/沸石纳米复合膜 , 因ZSM-5 沸石在膜中形成丰富的微通道，降低了气体扩散阻力，该膜表现出极高的气体分离性质，在700 ℃制备的复合膜在ZSM-5 质量分数为16. 7%时表现出最佳的气体透过性和分离性. 气体透过致密聚合物膜通常采用溶解-扩散机理进行解释． 气体透过聚合物膜的过程可解释为由吸附过程、扩散过程和解吸过程组成． 通常，气体在膜内的渗透扩散速度较慢，而气体在膜表面的吸附和解吸过程都能比较快地达到平衡，因此扩散过程是气体透过膜的控制步骤. 基于橡胶态和玻璃态聚合物制备的CO2分离膜 主要有聚二甲基硅氧烷( PDMS) 、醋酸纤维素( CA) 聚砜( PSF) 、聚醚砜( PES) 和聚酰亚胺( PI) 等． ∵羰基和砜基在化学结构上与CO2相似，因此依据 相似相亲原理，随着羰基和砜基的质量密度增加 CO2的溶解选择性提高，但羰基或砜基的含量过高 使膜容易被CO2塑化． 聚合物膜分为橡胶态和玻璃态2 种类型． 橡胶态聚合物( 如二甲基硅氧烷PDMS)具有高度链迁移性和对渗透物溶解的快速响应性，∴P 较高，而α 较低，因其链段活动能力强，自由体积较大． 整个分子和链段运动的松弛时间非常长，链段只能在平衡位置附近小幅振动． ∴橡胶态聚合物通常具有较高的气体透过性，但分离选择性较差 ∵Si-O-Si 键长、键角均比C-C-C 和C-O-C 大， ∴非键合原子间距增大，分子间相互作用力弱，因而硅橡胶是气体分离膜的理想材料． 而PDMS的气体透过系数和扩散系数最高，故PDMS 是目前工业化应用最广泛的橡胶态气体分离膜材料． 玻璃态聚合物 (如聚砜PSF),∵松弛时间长，链段的运动不能很快适应透过物的环境，∴气体分子与在橡胶态聚合物中的传递不同． 在未被塑化的玻璃态聚合物中，气体的溶解度系数、扩散系数和渗透速率都是气体压力或浓度的函数． 通常其渗透系数低而选择性高．∵CO2在聚合物膜中的溶解，当CO2浓度足够高时，将增加聚合物的自由体积和链段活动性而发生塑化，聚合物由玻璃态转变为橡胶态． 使基体膨胀，加快气体分子的扩散，但塑化增加气体渗透系数的同时将会导致聚合物膜渗透选择性的下降． 渗透压力越高，CO2在膜内溶解得越多，塑化现象越严重 促进传递膜是指在膜内引入某种载体，通过载体与待分离气体中的特定组分发生特异性的可逆反应形成中间化合物，以促进物质在膜内的传递。可逆反应包括氢键、酸碱作用、螯合和π 键作用． CO2有促进 传递作用的有HCO-3 /CO2-3、COO-、F- 、有机胺化合物和乙二胺和乙醇胺等． 根据引入载体在膜相中的迁移性。