丙烯/丙烷分离用PPESK/PEI中空纤维复合膜的研制

• 作 者: 龚亮
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 聚芳醚砜酮 中空纤维膜 丙烯/丙烷分离 NaX分子筛填充硅橡胶 促进传递膜

膜法烯烃/烷烃有机气体分离技术是膜分离技术的热点及重要的发展方向之一。本论文采用含二氮杂萘联苯结构聚芳醚砜酮（PPESK）和聚醚酰亚胺（PEI）为制膜材料,N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂,γ-丁内酯（GBL）为非溶剂添加剂,以干-湿相转化法制备中空纤维基膜。分别制备了NaX分子筛填充硅橡胶（PDMS）复合膜和聚乙烯醇（PVA）固载Co²⁺促进传递复合膜,并研究其对丙烯/丙烷的分离性能。采用扫描电镜、气体渗透率和分离系数等对膜结构和性能进行表征。本文研究了相转化法制备的PPESK/PEI中空纤维基膜的结构与性能。系统研究了聚合物浓度、非溶剂添加剂种类和含量、空气间隙、铸膜液温度、凝胶浴温度等条件对中空纤维基膜结构和性能的影响。实验表明,聚合物浓度是影响基膜性能的重要因素,随聚合物浓度的增加,基膜的气体渗透率迅速下降:以GBL为添加剂制得的膜具有致密的皮层,适合作为后续涂敷的基膜;制膜体系中GBL含量的增加使膜的气体渗透率增大,分离系数下降:在一定范围内增加空气间隙的长度会使膜的分离性能提高;高的铸膜液温度和低的凝胶浴温度都会使膜的分离性能提高,气体渗透率下降;通过研究,优化适合丙烯/丙烷分离的基膜的制备工艺。采用对丙烯/丙烷有吸附选择性的NaX分子筛填充PDMS,通过真空涂敷法涂敷至PPESK/PEI中空纤维基膜上,制备了NaX/PDMS中空纤维复合膜。系统研究了固化温度、固化时间、涂敷时间（抽真空时间）、NaX填充含量、二次涂敷、测试压力、测试温度对中空纤维复合膜分离性能的影响。研究表明,硅橡胶固化温度80℃、固化时间80min,NaX填充含量30%、涂敷时间6 min,经过二次涂敷,进气压力100 KPa、测试温度60℃时,复合膜对丙烯/丙烷的分离性能最佳,分离系数达到3.84,丙烯渗透率为435GPU。以PPESK/PEI中空纤维膜为基膜,采用浸渍涂敷法内涂PVA并络合Co²⁺,制备了促进传递中空纤维复合膜,系统研究了聚乙烯醇（PVA）含量、Co²⁺固载量、固化温度、阴离子种类等对复合膜性能的影响。研究表明,PVA含量为6%、固化温度60℃、选用Co（CH₃COO）₂且[Co²⁺]:[-OH]为3:4时,复合膜对丙烯/丙烷的分离性能最佳。分离系数达到2.05,丙烯渗透率为156.8 GPU。