摘要 

大氣中二氧化碳的增加主要源于煙氣排放、天然氣燃燒等。但CO2的存在降低了天然氣的開發(fā)價(jià)值，影響甲烷的燃燒效率，增加成本，并導(dǎo)致管道腐蝕。

2024年1月，齊齊哈爾大學(xué)的Xiaoyu Du等團(tuán)隊(duì)，在《Polymers》期刊(IF:5.0)發(fā)表題為“Preparation of Polyimide/Ionic Liquid Hybrid Membrane for CO2/CH4 Separation"的研究論文。

該研究針對(duì)CO?分離回收難題，將四種不同烷基鏈長(zhǎng)度的咪唑類離子液體按不同含量加入聚酰亞胺基質(zhì)，通過高速混合機(jī)制備一系列聚酰亞胺/離子液體混合膜，系統(tǒng)研究膜的機(jī)械性能和CO?/CH?分離滲透性能。

 研究材料/儀器/方法 

材料

4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二鄰苯二甲酸酐、N,N-二甲基甲酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-戊基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-十二烷基咪唑四氟硼酸鹽、CO?/CH?二元混合氣體

儀器

高速混合機(jī)、旋涂機(jī)、真空烘箱、掃描電子顯微鏡、膜厚度計(jì)、膜拉伸試驗(yàn)機(jī)、GTR Tec GTR-11氣體透過率測(cè)試儀

GTR Tec GTR-11氣體透過率測(cè)試儀

方法

聚酰亞胺（PI）膜的制備

1. 向三頸燒瓶中加入0.40 gODA、0.91 g（2.04 mmol）6FDA和5.50 mL DMF，攪拌4-5 h使其充分反應(yīng)，制備聚酰胺酸（PAA）溶液。其中6FDA過量2 mol%，以避免其在空氣中水解影響反應(yīng)。

2. 將PAA溶液均勻倒在潔凈的玻璃片上，采用溶液流延法成型。

3. 將流延好的膜置于真空烘箱中進(jìn)行梯度加熱環(huán)化，以去除殘留溶劑并形成聚酰亞胺膜：80℃加熱3 h、120℃加熱3 h、160℃加熱2 h、200℃加熱1 h、240℃加熱1 h、280℃加熱1 h。

聚酰亞胺/離子液體（PI/IL?）混合膜的制備

1. 向三頸燒瓶中加入5.60 mL DMF、0.40 g（2.00 mmol）ODA和0.91 g（2.04 mmol）6FDA，攪拌1 h后加入指定質(zhì)量的離子液體，繼續(xù)攪拌4-5 h，制備含離子液體的聚酰胺酸溶液。離子液體含量分別設(shè)為5%、10%、15%、20%。

2. 采用與純PI膜相同的溶液流延法和梯度加熱環(huán)化工藝，制備PI/IL?混合膜。

性能測(cè)試與表征

1 表面形貌表征

采用掃描電子顯微鏡觀察純PI膜及PI/IL?混合膜的表面形貌，分析離子液體在聚酰亞胺基質(zhì)中的分散情況。

2 機(jī)械性能測(cè)試

使用膜拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試膜的機(jī)械性能，測(cè)試樣條規(guī)格為長(zhǎng)度30 mm、寬度10 mm，測(cè)試速度5.00 mm/min，記錄斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度。

3 氣體分離性能測(cè)試

1. 將致密膜安裝在變壓定容氣體滲透池中，25℃下真空處理3 h后進(jìn)行測(cè)試。

通入CO?/CH?二元混合氣體，進(jìn)料壓力為2-20 atm，通過GTR Tec GTR-11氣體透過率測(cè)試儀分析滲透?jìng)?cè)氣體組成。

3. 按以下公式計(jì)算膜的滲透率（P）、選擇性（α）、擴(kuò)散系數(shù)（D）和溶解系數(shù)（S）：

滲透率：其中q為透過體積，K為輔助修正系數(shù)，L為膜厚度，a為氣體滲透膜面積，p為滲透壓力，t為測(cè)量時(shí)間。