一种CO制造技术

本发明专利技术公开了一种CO

A kind of CO

【技术实现步骤摘要】
一种CO2/N2气体分离膜、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种气体分离膜，特别涉及一种CO2/N2气体分离膜及其制备方法与应用，属于气体分离

技术介绍
现如今，温室效应对人类社会的生存和发展带来了严重的影响，而温室气体的来源多种多样，主要包括CO2、CH4、氮氧化物和氟化物等，其中CO2是最重要的温室气体。人类向大气中排放的碳排放量已经越来越大，在所有的碳排放量中，85％是以二氧化碳的形式存在。人为产生的CO2主要是通过化工燃料的燃烧，比如火力发电厂、钢铁厂、水泥厂等，其中以火力发电厂的排放量为主。火力发电厂会排出大量的烟道气，气体组成中的二氧化碳的排放加剧了温室效应，对环境造成了危害。近年来，环境保护这一部分已经越来越被人们所重视，对废气的排放管理力度越来越强。但是在未来的发展中，人类社会还是会高度依赖化石燃料，这必将会大量产生二氧化碳，而二氧化碳除了会导致温室效应，全球变暖等生态问题之外，它也是一种重要的化工生产原料，其用途广泛，如用于可用于制碱工业和制糖工业等。因此对二氧化碳的分离回收受到了广大关注。在化工燃料燃烧排放的废气中，除CO2外，氮气也作为主要的成分存在于废气中。例如在烟道气中，氮气和二氧化碳的含量超过了90％，其中氮气含量大约在85％，二氧化碳含量为12％上下。因此，作为碳分离的第一步，从化石燃料燃烧的废气流中除去CO2，尤其是CO2和N2的分离，对于减少大气中的温室气体，回收CO2具有重要意义。现阶段对二氧化碳的分离手段主要有以下几种：1)吸收分离法，2)变压吸附分离法，3)膜分离法，4)深冷分离法。吸附法脱除二氧化碳是基于二氧化碳在吸附剂表面吸附或与吸附剂发生反应的原理。目前主要的吸附剂有活性炭、沸石分子筛和碳分子筛、硅胶、金属有机骨架材料等。表1列出部分已有对CO2/N2吸附分离材料的吸附结果。表1部分已有对CO2/N2吸附分离材料的分离结果但这些已有用于CO2/N2吸附分离的材料对N2吸附量大，CO2/N2分离系数较低，因此寻求一种对N2吸附量小，CO2/N2分离效果好的气体分离膜材料，已然成为业界研究人员长期以来一直努力的方向。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种CO2/N2分离效果好的CO2/N2气体分离膜及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。本专利技术的另一目的还在于提供所述CO2/N2气体分离膜的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种CO2/N2气体分离膜的制备方法，其包括：在无氧气氛中对聚氯乙烯薄膜或聚氯乙烯粉体进行碳化处理，获得CO2/N2气体分离膜。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的CO2/N2气体分离膜。优选的，所述CO2/N2气体分离膜对CO2的吸附量为0.00409～0.414mmol/g，CO2/N2分离系数大于101.22。本专利技术实施例还提供了一种气体分离方法，其包括：以前述的CO2/N2气体分离膜将含有CO2及N2的混合气体中的CO2与N2相互分离。本专利技术实施例还提供了一种气体分离装置，其包含前述的CO2/N2气体分离膜。与常见的聚酰亚胺基碳膜以及酚醛树脂基碳膜相比，本专利技术采用的基体是热稳定性较差的聚氯乙烯，原料广泛，价格低；并且本专利技术分离膜的制备方法简单易于操作，对N2吸附量低甚至不具有吸附性，能有效吸附分离CO2/N2，对CO2/N2具有高选择性，分离效果好。附图说明图1是本专利技术实施例1中聚氯乙烯碳化膜的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例1中聚氯乙烯碳化膜的红外光谱图。图3是本专利技术实施例1中聚氯乙烯碳化膜在常温下对CO2、N2纯组分气体吸附的吸附等温图。图4a和图4b分别是本专利技术实施例6中聚氯乙烯粉300℃碳化后的截面和表面扫描电镜图。图5是本专利技术实施例7中聚氯乙烯粉600℃碳化后的扫描电镜图。图6是气体吸附仪测试系统的结构示意图。附图标记说明：1-CO2气瓶，2-N2气瓶，3-He气瓶，4-真空泵，5-高压传感器，6-气体储存器，7-压力调节器，8-温度传感器，9-低压传感器，10-过滤器，11-样品室，12-温度控制器。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是将聚氯乙烯(PVC)粉末溶于有机溶剂中配置溶液，加热搅拌，充分溶解后干燥，得到透明的聚氯乙烯膜；取该聚氯乙烯膜或聚氯乙烯粉末在通无氧惰性气体的管式炉中碳化即得到CO2/N2气体分离膜。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种CO2/N2气体分离膜的制备方法，其包括：在无氧气氛中对聚氯乙烯薄膜或聚氯乙烯粉体进行碳化处理，获得CO2/N2气体分离膜。在一些实施例中，所述碳化处理的温度为300～800℃，时间为60～180min。在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：在无氧气氛中，以1～5℃/min的升温速率将聚氯乙烯薄膜或聚氯乙烯粉体加热至300～800℃进行碳化处理，保温60～180min，之后以1～5℃/min的降温速率降至室温，获得CO2/N2气体分离膜。在本专利技术中，将所述聚氯乙烯膜以不同速率在不同温度下碳化，控制得到不同孔径CO2/N2气体分离膜。进一步地，所述无氧气氛包括氮气气氛和/或氦气等惰性气体气氛，但不限于此。在一些实施例中，所述聚氯乙烯的聚合度为850～1200。进一步地，所述聚氯乙烯包括聚氯乙烯SG-4、聚氯乙烯SG-5、聚氯乙烯SG-6等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：将聚氯乙烯(PVC)粉末溶于有机溶剂，并加热形成聚氯乙烯溶液，之后将所述聚氯乙烯溶液施加于基底上，移除所述有机溶剂，获得透明平整的聚氯乙烯膜。进一步地，所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、环己酮、二氯乙烷、四氯乙烷、四氢呋喃等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步地，所述聚氯乙烯溶液的浓度为10～15wt％。进一步地，所述加热的温度为60～80℃。在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：将所述聚氯乙烯溶液浇铸于所述基底上，并于60～80℃烘24-48h，所述有机溶剂挥发，获得透明平整的聚氯乙烯膜。进一步地，所述基底包括玻璃皿，但不限于此。其中，在一些更为具体的实施案例之中，所述CO2/N2气体分离膜的制备步骤具体包括：(1)PVC膜的制备：将聚氯乙烯(PVC)粉末倒入装有有机溶剂的烧杯中，边倒边搅拌使其充分溶解，待PVC粉末在有机溶剂中分散均匀后放入60℃～80℃的油浴锅中，使之充分溶解，制备成PVC含量为10～15％wt的溶液，冷却至室温后将该溶液浇铸在玻璃培养皿中，放置在60℃～80℃的烘箱中干燥24～48h，待溶剂挥发后最终得到透明平整的PVC薄膜。(2)气体分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CO

【技术特征摘要】
1.一种CO2/N2气体分离膜的制备方法，其特征在于包括：在无氧气氛中对聚氯乙烯薄膜或聚氯乙烯粉体进行碳化处理，获得CO2/N2气体分离膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳化处理的温度为300～800℃，时间为60～180min。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：在无氧气氛中，以1～5℃/min的升温速率将聚氯乙烯薄膜或聚氯乙烯粉体加热至300～800℃进行碳化处理，保温60～180min，之后以1～5℃/min的降温速率降至室温，获得CO2/N2气体分离膜。


4.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于：所述无氧气氛包括氮气气氛和/或惰性气体气氛；和/或，所述聚氯乙烯的聚合度为850～1200；和/或，所述聚氯乙烯包括聚氯乙烯SG-4、聚氯乙烯SG-5、聚氯乙烯SG-6中的任意一种或两种以上的组合。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：将聚氯乙烯粉末溶于有机溶剂，并加热形成聚氯乙烯溶液，之后将所述聚氯乙烯溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海斌，徐蓓玉，赵鑫鹏，陈浩，窦慧敏，丁纪恒，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33