【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜分离材料，具体地，涉及一种中空纤维二氧化碳分离膜及其制备方法及应用。
技术介绍
1、co2等温室气体的大量排放是导致全球气候变暖的主要因素，目前大气中的二氧化碳水平已经412ppm，并且还在持续上升中(参考文献：national oceanic andatmospheric administration(noaa)；2020https://gml.noaa.gov/ccgg/trends/gl_trend.html)。co2的捕集与封存技术(carbon capture and storage，ccs)被认为是一种短期内有效减排co2的途径。与其它co2捕集工艺相比，膜分离技术具有能源效率高、可克服热力学溶解度限制，分离过程无有害副产物产生，膜组件系统紧凑、占地面积小、操作简单、易于放大等优点，是一种具有大规模应用潜力的co2捕集工艺。膜材料是限制膜分离技术大规模工业化应用的关键要素之一，理想的co2分离膜材料需要具有良好的成膜性和机械稳定性、优异的co2渗透性和选择性、合理的制备成本及制备稳定性。
2、界面聚合技术利用两种高活性单体或预聚物在两个互不相容的溶剂界面处相对扩散，发生快速聚合反应，在支撑层的表面形成一薄而致密的复合层。该技术制备的复合膜支撑层与分离层可分别优化，且由于有效分离层极薄，所需用料相对支撑层而言很少，因此便于引入一些对气体选择性能好、但成本较高的材料(参考文献https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105624)。该技术简单、快捷、有效，是目前制
3、cn101002999a公开了一种二氧化碳分离膜制备方法，它是采用酰氯和胺类单体通过界面聚合法制备的平板膜，但其渗透系数和选择性偏低，且平板膜的装填面积较小，耐压性能较差，不易实现工艺放大。
4、cn101480583a公开了一种中空纤维二氧化碳分离膜的制备方法，采用干湿法相转化一次成型，所采用的聚醚酰亚胺材料对二氧化碳有较好的选择性，但其成型较为困难，且由于分离层厚度大，其渗透速率偏低，而成本偏高。
5、cn110869107a公开了一种中空纤维二氧化碳分离膜的制备方法，使用浸涂法制备多层中空纤维复合膜，该法也可制备平板膜。问题是该方法制备工艺过程复杂，膜功能层不容易控制，界面结合强度较差，导致膜丝的强度较低、膜丝表面的耐溶剂性差、抗塑化效果较低。
6、cn110975646a公开了一种中空纤维二氧化碳膜及其制备方法，包括在支撑层和功能层之间进行局部交联，使两层之间相互融合、结合更为紧密。该方法虽然能改进工艺，制备出具有更高机械强度和使用稳定性的中空纤维二氧化碳分离膜，但交联处理会损失膜的整体渗透性。
7、因此，研究和开发一种具有更高机械强度和分离效果好的中空纤维二氧化碳分离膜具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术的存在中空纤维二氧化碳膜的机械强度低的问题，以及分离效果差的问题，提供一种中空纤维二氧化碳分离膜及其制备方法及应用，该中空纤维二氧化碳分离具有较高的二氧化碳通量，以及较高的co2/n2的分离系数。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种中空纤维二氧化碳分离膜，所述分离膜包括中空部分和实体部分，其中，所述分离膜的实体部分包括基膜以及通过界面聚合方法在所述基膜的内表面和/或外表面上形成的功能层；其中，所述基膜为聚合物微孔膜通过非溶剂致相分离、熔融拉伸、热致相分离制备得到；所述功能层包括油相溶液和/或水相溶液在所述基膜上通过界面聚合反应形成。
3、本专利技术第二方面提供了一种中空纤维二氧化碳分离膜的制备方法，其中，所述的方法包括：
4、(1)采用制备中空纤维二氧化碳分离膜装置，通过芯液泵在聚合物微孔膜的中空内芯通入油相溶液或水相溶液作为芯液；
5、(2)将油相溶液或水相溶液作为涂覆液通入到喷丝头内部，并采用刮刀将所述涂敷液刮涂在所述基膜上；所述芯液和所述涂敷液在所述聚合物微孔膜的内侧和/或外侧相向扩散，并在所述聚合物微孔膜上通过界面聚合反应形成功能层；其中，所述芯液和所述涂敷液不同；
6、(3)将所述聚合物微孔膜进行提拉通过所述喷丝头，制备得到中空纤维二氧化碳分离膜。
7、本专利技术第三方面提供了一种由前述所述的制备方法制备得到的中空纤维二氧化碳分离膜。
8、本专利技术第四方面提供了一种前述所述的中空纤维二氧化碳分离膜在分离和纯化co2/n2中的应用。
9、通过上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
10、(1)本专利技术制备的中空纤维二氧化碳分离膜的功能层与基膜的结合比较紧密；
11、(2)本专利技术制备的中空纤维二氧化碳分离膜的功能层的生成位置可以通过油相和水相的不同以及操作压力、接触时间的不同来调节；
12、(3)成膜过程中芯液和涂覆液同时在基膜内外两侧相向扩散，成膜后的功能层的厚度和位置可控；
13、(4)本专利技术的工艺简单，成本低，易于规模化应用；
14、(5)本专利技术采用聚合物微孔膜作为基膜，改进了膜丝的力学性能，完全满足气流波动大、跨膜压差较高时的应用。
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1.一种中空纤维二氧化碳分离膜，所述分离膜包括中空部分和实体部分，其特征在于，所述分离膜的实体部分包括基膜以及通过界面聚合方法在所述基膜的内表面和/或外表面上形成的功能层；其中，所述基膜包括聚合物微孔膜通过非溶剂致相分离、熔融拉伸、热致相分离制备得到；所述功能层包括油相溶液和/或水相溶液在所述基膜上通过界面聚合反应形成。
2.根据权利要求1所述的分离膜，其中，所述聚合物微孔膜选自聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚砜中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的分离膜，其中，所述分离膜的中空部分的平均直径为100-2000μm；
4.一种中空纤维二氧化碳分离膜的制备方法，其特征在于，所述的方法包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚合物微孔膜选自聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚砜中的一种或多种；
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述油相溶液的浓度为0.01-0.5wt％；
7.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(1)中，通入所述中空内芯的所述油相溶液的压力为0-1MPa，
8.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述涂覆液的刮膜厚度为50-1000μm；
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述制备中空纤维二氧化碳分离膜装置包括基膜、基膜夹持器、环状刮刀、基膜定位器和中芯管；所述基膜定位器围绕着所述基膜形成空腔；所述空腔用于储备涂覆液，并在所述空腔上设有涂覆液注入口和涂覆液流出口；且所述空腔的一端与所述基膜定位器相连接形成密闭端，所述空腔的另一端设置有所述环状刮刀，所述环状刮刀的直径小于所述基膜定位器的宽度；所述中芯管内置于所述基膜的内部。
10.一种权利要求4-9中任意一项所述的制备方法制备得到的中空纤维二氧化碳分离膜。
11.一种权利要求1-3和10中任意一项所述的中空纤维二氧化碳分离膜在分离和纯化CO2/N2中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种中空纤维二氧化碳分离膜，所述分离膜包括中空部分和实体部分，其特征在于，所述分离膜的实体部分包括基膜以及通过界面聚合方法在所述基膜的内表面和/或外表面上形成的功能层；其中，所述基膜包括聚合物微孔膜通过非溶剂致相分离、熔融拉伸、热致相分离制备得到；所述功能层包括油相溶液和/或水相溶液在所述基膜上通过界面聚合反应形成。
2.根据权利要求1所述的分离膜，其中，所述聚合物微孔膜选自聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚砜中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的分离膜，其中，所述分离膜的中空部分的平均直径为100-2000μm；
4.一种中空纤维二氧化碳分离膜的制备方法，其特征在于，所述的方法包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚合物微孔膜选自聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚砜中的一种或多种；
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述油相溶液的浓度为0.01-0.5wt％；
【专利技术属性】
技术研发人员：魏昕，刘轶群，王玉杰，唐安琪，赵国珂，丁黎明，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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