[發明專利]一種分離富集二氧化碳的方法

有效

• 申請號: 201910037721.2
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109621647B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 彭新生;應文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D53/32;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;B01D71/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明涉及氣體分離技術領域，公開了一種分離富集二氧化碳的方法，包括：在20～100℃、0.01～0.2MPa壓力、強度為?7.5～7.5V/mm的電場條件下，采用離子液體/二維片層材料氣體分離膜對含有二氧化碳的混合氣體進行分離富集；離子液體/二維片層材料氣體分離膜的制備方法包括：(1)將二維片層材料分散在去離子水中得到二維片層材料分散液，通過真空抽濾將二維片層材料分散液抽濾到多孔基底上，得到二維片層材料膜；(2)將離子液體涂布在所述的二維片層材料膜表面，在不低于50KPa負壓下保持1～8小時，得到離子液體/二維片層材料氣體分離膜。本發明的方法通過對離子液體/二維片層材料氣體分離膜施加電場，使得離子液體/二維片層材料氣體分離膜具有非常優異的氣體分離能力。

技術領域

本發明涉及氣體分離技術領域，尤其涉及一種分離富集二氧化碳的方法。

背景技術

氣體分離膜分離氣體的原理主要是基于不同氣體在膜內的傳輸速率不同，通?？煞譃槲⒖讛U散機制和溶解擴散機制。微孔擴散機制主要是利用多孔材料的孔洞或層狀材料的通道來進行篩分；溶解擴散機制則是利用如一些高分子材料對不同氣體具有不同溶解度和擴散系數的特性來分離和富集。

膜分離技術在應對當前由于以CO₂為主的溫室氣體的大量排放造成的溫室效應等氣候變化帶來的負面影響方面具有很高的利用價值，其具有環保、低能耗等優勢。開發新型高效節能的分離膜成為重要的研究方向。

聚合物薄膜作為氣體分離膜早已投入商用，但聚合物薄膜所具有的通量低、穩定性差等缺點極大地限制了其應用。而二維層狀材料如石墨烯、氧化石墨烯等，具有獨特的納米級通道，使氣體分離膜在氣體分離領域有了新的可能。氧化石墨烯具有獨特的二維結構和成熟的制備工藝，由氧化石墨烯片層規則堆垛而成的氧化石墨烯薄膜在多個領域內都有很大的應用潛力，如水處理，電化學，催化，氣體分離等。但是在氣體分離領域，純的氧化石墨烯薄膜的分離效率遠沒有達到可以實際應用的地步，因此需要進行改性。

離子液體是一種室溫下呈液態的鹽，具有蒸氣壓低、熱穩定性和化學穩定性好等優點，且對二氧化碳有很高的溶解度，因此可以用來分離和富集二氧化碳。但將離子液體直接用來使用存在很大的局限性，因此常常將離子液體填充在多孔介質內制成復合膜來使用。

在單純的壓力差驅動下，氣體分離膜對混合氣體中二氧化碳的分離富集效率仍然有待提高。

發明內容

本發明提供了一種分離富集二氧化碳的方法，對二氧化碳的分離能力和分離效率較高。

具體技術方案如下：

一種分離富集二氧化碳的方法，包括：

在20～100℃、0.01～0.2MPa壓力、強度為-7.5～7.5V/mm的電場條件下，采用離子液體/二維片層材料氣體分離膜對含有二氧化碳的混合氣體進行分離富集；

所述離子液體/二維片層材料氣體分離膜的制備方法包括：

(1)將二維片層材料分散在去離子水中得到二維片層材料分散液，通過真空抽濾將二維片層材料分散液抽濾到多孔基底上，得到二維片層材料膜；

(2)將離子液體涂布在所述的二維片層材料膜表面，在不低于50KPa負壓下保持1～8小時，得到離子液體/二維片層材料氣體分離膜。

利用真空抽濾的方式將二維片層材料水溶液中的二維片層材料抽濾至多孔基底上，得到具有規則層狀結構的二維片層材料薄膜，該薄膜中層間距在1納米以下；將離子液體涂布在二維片層材料薄膜表面后，離子液體會受到毛細管力的作用，逐漸滲透到二維片層材料薄膜的片層之間，并最終被限制在其中。