【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种混合基质膜组件及其应用，属于膜分离。
技术介绍
1、碳捕集利用与封存是实现碳中和目标不可或缺的技术选择，同时从混合气中分离co2也是化工生产和能源产业的重要过程。因此，研究开发高效、低能耗的co2分离方法和技术具有重要意义。
2、膜分离具有效率高、操作简单、易耦合、能耗低等优点，近年来发展迅速，已被广泛用于化工、能源、环保等领域，成为当今分离科学中的重要手段。气体分离是膜技术的重要应用领域之一，其中膜法co2分离被认为是有应用前景的第二代碳捕集技术，在天然气、沼气净化以及烟道气碳捕集等领域具有广阔应用前景。
3、目前用于co2分离的膜材料主要为高分子聚合物，例如聚酰亚胺(pi)、聚乙烯亚胺(pvam)、嵌段聚醚酰胺(pebax)等，这些聚合物分子链中富含胺基，与co2有很好的亲和作用，在膜中起促进传递作用，是目前 co2分离研究中关注较多的膜材料。但纯聚合物膜的co2分离性能受到气体渗透通量与分离选择性间的“trade-off”效应限制。为进一步提升膜的性能，有学者在有机聚合物膜中引入无机粒子，实现有机与无机材料的优势互补，制备的混合基质膜通常具有更佳的co2分离性能。
4、膜材料是膜分离的核心，而膜组件的研制是实现膜技术从实验室走向工业化的前提，同样是膜法co2捕集技术链的重要组成部分。卷式膜组件具有装填密度高、流道分布好等特点，被广泛用于反渗透膜组件的制备。但对co2捕集气体分离膜组件尤其是混合基质膜工业组件设计而言，目前国内外还鲜有报道。一方面，与反渗透的纯聚合物膜不同，混
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术公开了一种用于二氧化碳分离捕集的混合基质膜组件及其制备方法。一方面引入柔性透气保护网，避免膜组件卷制过程中刚性原料气流道隔网对混合基质膜造成的挤压破坏应力；另一方面在膜组件上设计加湿气入口，有效抑制原料气侧水蒸汽的跨膜渗透，进而保持膜高的二氧化碳分离性能。该膜组件在烟道气中二氧化碳捕集及沼气中二氧化碳分离等方面具有良好应用前景。
2、本申请的一个方面，提供了一种混合基质膜组件，所述混合基质膜组件为卷式膜组件，包括中心管和沿同一方向卷绕在中心管上的膜元件；
3、中心管，两端分别为加湿气进气端和二氧化碳富集气出气端，中心管内设有使所述加湿气进气端和二氧化碳富集气出气端在管内互不连通的隔断；
4、膜元件，包括至少一个膜袋，相邻膜袋之间设有渗透气流道隔网；所述膜袋由混合基质平板膜的膜片对折组成，其中，所述膜片的分离层在对折的内侧；所述膜袋内，依次设置有柔性透气保护网、原料气流道隔网和柔性透气保护网，其中，所述柔性透气保护网位于近分离层的一侧；
5、所述膜元件的两端分别为原料气进口端和渗余气出口端；
6、所述中心管的管壁上分布有圆孔，所述中心管的加湿气进气端和二氧化碳富集气出气端分别通过圆孔与所述膜元件形成气流通道。
7、可选地，所述加湿气进气端和二氧化碳富集气出气端的长度比例为 1:10～1:3。
8、可选地，所述加湿气进气端和二氧化碳富集气出气端的长度比例独立地选自1：10、1：9、1：8、1：7、1：6、1：5、1：4、1：3中的任意值或上述任意两点间的范围值。
9、可选地，所述膜袋在与中心管呈垂直方向上的长度为30～100cm。
10、可选地，所述膜袋在与中心管呈垂直方向上的长度独立地选自30cm、 40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm中的任意值或上述任意两点间的范围值。
11、可选地，所述原料气流道隔网的材料选自聚丙烯、聚乙烯或尼龙材料中的至少一种；
12、所述柔性透气保护网的材料选自聚丙烯、聚酯材料中的至少一种；
13、所述渗透气流道隔网的材料选自聚丙烯、聚酯材料中的至少一种。
14、可选地，所述混合基质膜组件还包括密封胶，所述膜元件通过密封胶固定在所述中心管上。
15、可选地，所述密封胶在膜袋表面的贴合位置包括贴合位置i、贴合位置ii、贴合位置iii、贴合位置iv；
16、所述贴合位置i位于所述膜袋的对折边处，所述贴合位置ii位于与对折边垂直的两条边处，所述贴合位置iii位于与中心管的隔断垂直的位置，所述贴合位置iv位于与所述二氧化碳富集气出气端垂直的位置；
17、所述贴合位置iii的一端与所述中心管连接，另一端与所述贴合位置i 断开，形成气相流道；以保证加湿气可在膜袋间流动；
18、所述贴合位置iv的两端分别与贴合位置i、中心管断开，形成气相流道；以保证加湿气可在膜袋间流动；
19、所述贴合位置ii的一端与所述中心管连接，另一端与所述贴合位置i 连接。
20、可选地，所述密封胶为聚氨酯系密封胶。
21、可选地，所述原料气进口端和所述二氧化碳富集气出气端位于同侧；
22、所述渗余气出口端和所述加湿气进气端位于同侧。
23、作为一种具体的实施方式，所述混合基质膜组件包括：
24、中心管、膜袋、原料气流道隔网、柔性透气保护网、渗透气流道隔网及密封胶；所述中心管管壁上布有圆孔，管内分为互不相通的两部分，分别对应加湿气入口和二氧化碳富集气出口，其长度比例为1:10～1:3；
25、所述膜袋由多页对折的混合基质平板膜膜片组成，其中膜片分离层在内；每页对折的膜片之间依次放置柔性透气保护网、原料气流道隔网和柔性透气保护网，保证膜面不直接与原料气流道隔网接触；膜袋与膜袋间放置渗透气流道隔网；
26、在所述膜袋的合适位置打上密封胶，然后按一定方向将膜袋紧密绕在中心管上形成卷式膜组件；
27、所述的膜组件有四个接口，即原料气入口、渗余气出口、加湿气入口和二氧化碳富集气出口。
28、所述的原料气入口和二氧化碳富集气出口位于一侧，而渗余气出口和加湿气入口位于另一侧。
29、本申请的另一个方面，提供一种上述混合基质膜组件在二氧化碳分离捕集中的应用，所述二氧化碳分离捕集包括烟道气二氧化碳捕集或沼气二氧化碳分离。
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【技术保护点】
1.一种混合基质膜组件，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
8.一种权利要求1～7任一项所述的混合基质膜组件在二氧化碳分离捕集中的应用，其特征在于，所述二氧化碳分离捕集包括烟道气二氧化碳捕集或沼气二氧化碳分离。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种混合基质膜组件，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的混合基质膜组件，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：康国栋，王丽娜，刘丹丹，周美青，宋广亮，曹义鸣，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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