气体分离膜的制备及应用

1．膜制备技术：相转化法2．原理：所谓相转化法,就是将均相的高分子溶液由外力变成两相系统,一相为高分子浓度较高形成膜结构的固相,一相是高分子浓度较稀薄形成孔洞的液相。因此相分离程序是相转换法的核心,而操作相分离的参数主要是由热力学和动力学控制。热力学是由平衡状态下的相图来预测相分离产生,而动力学可以推论成膜的速率。利用铸膜液与周围环境进行溶剂、非溶剂传质交换，原来稳态溶液变成非稳态而产生液液相转变，最后固化成膜。一般来说，环境因素对相转化法成膜影响较大，所以采用此法必须严格控制好环境条件。3．实例：一．致密皮层非对称气体分离膜的制备【1】以湿相转化法制备出分离性能优良的致密皮层非对称气体分离膜；建立了醋酸纤维素-丙酮-甲醇三组分制膜体系,所制得的致密皮层醋酸纤维素非对称气体分离膜，在室温、0.5MPa进气压力下,该膜对𝐶𝑂2/𝐶𝐻4的分离系数30,𝐶𝑂2透气速率可达1.8×10−8𝑐𝑚3(STP)/𝑐m2·s·Pa;扫描电镜图显示该膜表层致密、超薄(约200nm)、支持层疏松,为理想结构的非对称气体分离膜。实验部分:①材料和试剂：醋酸纤维素CA:Eastman398-3,使用前80度下烘干24h,干燥器中冷却,备用；丙酮、甲醇:分析纯,南开大学分校特种试剂实验厂；正已烷:分析纯,天津市化学试剂二厂；二氧化碳:天津酒精厂；甲烷:北京分析仪器厂,纯度99.99%。②膜的制备：丙酮或与甲醇混合溶剂中加入CA，室温下混合,待全部溶解后,经压滤、脱泡,静置备用。将制膜液在玻璃上刮成膜,控制厚度约100μm,在环境温度约25℃,相对湿度55%的条件下,经过一定时间的自然蒸发,浸入甲醇中凝固,之后用正已烷交换膜中的甲醇,最后在空气中自然挥发制成干膜。二.相转化法制备PVDF超滤膜【2】相转化法制膜工艺简单，操作方便，膜结构容易控制，大多数聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜采用该方法制备。由于具有较强的抗氧化性、良好的热稳定性、耐辐射性、优异的机械性能及易成膜等优点，PVDF成为超滤膜制备中应用最广泛的材料之一。PVDF的表面能极高，因此疏水性较强，这使其成为气体吸附、脱附及膜蒸馏等非水体系分离过程的理想用膜。然而膜材料本身的疏水性经常导致膜污染及通量下降成为膜技术在水处理领域应用的最大障碍。为此，人们对膜亲水化改性进行了大量研究。相转化法是制备PVDF超滤膜使用最多的方法。相转化法是一种以某种控制方式使聚合物从液态转变为固态的过程，这种固化过程通常是由一个均相液态转变为两个液态(液液分层)而引发的。在分层达到一定程度时，其中一个液相(聚合物用量高的相)固化，结果形成了固体本体［6］。通过控制相转化的初始阶段，可以控制膜的形态，即是多孔的还是无孔的。影响超滤膜孔结构和性能的因素:聚合物用量、溶剂的选择、添加剂的种类和用量及凝固浴的组成与温度等。文献：【1】致密皮层非对称气体分离膜的制备郝继华王世昌(天津大学化学工程研究所天津300072)【2】相转化法制备PVDF超滤膜及其亲水化改性研究进展*芦艳，赵国发，张广洲，卢大山(东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318)