炭分子筛复合膜的制备及气体分离性能.pdf

第三届膜分离技术 2008年3月 ·103· 在石油和化工行业中应用研讨会论文集 炭分子筛复合膜的制备及气体分离性能 郑青春，张万栋，刘诗丽，刘庆岭，王同华* (大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室炭素材料研究室，大连116012) 摘要：以廉价的煤为原料，制备板式煤基炭膜支撑体，以商用PMDA—ODA型聚酰胺酸为 涂膜液，采取旋转涂膜技术在支撑体上成膜，经700℃高温炭化后制备出炭分子筛复合膜．用 扫描电镜对炭分子筛复合膜的复合效果和微结构进行表征，通过渗透实验测定炭分子筛复合 膜对纯组分气体(I-t2、C02、02和N2)及空气中0l刷2的分离性能．结果表明，以无烟煤为支撑 气中02刷2分离系数可达7．55，氧气的渗透速率为4．68×10—10mol／(m-2·s-l·Pa叫)．以烟 煤为支撑体制备的炭分子筛复合膜H2／N2、CQ佻和02／N2分离系数分别达到94．3、18．3 10-9 mol／(m一2·s-l· 和10．2；空气中02／N2分离系数可达到10．4，氧气的渗透速率为5．07X Pa一1)． 关键词：炭分子筛复合膜；煤；聚酰胺酸；制备；气体分离 中图分类号：TQ028．8文献标识码：A 气体膜分离技术作为新一代分离技术，已广泛 1 实验部分 用于空气、天然气分离，二氧化碳分离与回收，石油 化工或合成氨尾气中氢气的回收和酸性气体脱除等 1．1实验材料 方面．炭膜是一种新颖的气体分离膜，它是由含碳物 实验中所用的涂膜液：商用聚酰胺酸，结构如下 质经高温热解制备而成的【l’2J．与传统的聚合物膜 所示；溶剂：N，一N一二甲基乙酰胺为分析纯． 相比较，炭膜具有气体的分离选择性高，热、化学稳 定性好，机械强度大等优点．炭膜从结构上可分为均 质炭膜和复合炭膜…1．均质膜由于质地较脆、易碎， 一般用于实验室研究考察膜的结构与分离性能，实 十心心橇H 际应用价值小．复合炭膜是将聚合物前驱体复合在 多孔支撑体上经炭化制备而成的，因此，复合炭膜的 1．2炭分子筛复合膜的制备 机械强度大，具有良好的应用前景．在制备复合炭膜 1．2．1支撑体的制备 过程中，成膜方法的选择对复合炭膜气体分离性能 以无烟煤和烟煤为原料，经粉碎、与粘结剂混合 具有很大的影响．目前文献报道的成膜方法主要有 成型和炭化等工艺制备成煤基板式炭膜支撑体，制 备工艺流程如图1所示． 浸渍法【3J3、旋转涂膜法[4|、蒸气沉积聚合法【5]5、超声 1．2．2炭分子筛复合膜的制备 波沉积法【6J和喷涂法【7J等．本文以商用PMDA— ODA型聚酰胺酸为涂膜液，采用旋转涂膜法在板式 支撑体表面经打磨、抛光、清洗和干燥后安装到 煤基炭膜支撑体上制备成了炭分子筛复合膜，并采 旋转涂膜装置上，滴加一定量的涂膜液，通过控制转 用sEM、气体渗透实验分别对它的复合效果、分离 速和旋转时间，使涂膜液在支撑体上均匀涂敷一层 性能进行了详细的考察． 薄膜，再经干燥、高温炭化制得炭分子筛复合膜． 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：郑青春，男，河南人，硕士生，从事炭材料和膜材料研究．通讯联系人：(wangth@chem．dlut．edu．cn) ·104· 膜科学与技术