[发明专利]一种二氧化碳选择性渗透薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二氧化碳选择性渗透薄膜，包括基底和覆盖在所述基底单面的二氧化碳气体分离层；所述二氧化碳气体分离层包括垂直于基底的碳酸根插层的水滑石纳米片和填充在所述碳酸根插层的水滑石纳米片间的聚合物；所述碳酸根插层的水滑石纳米片的厚度为20～120nm。本发明提供的二氧化碳选择性渗透薄膜对二氧化碳同时具有高选择性和渗透性。本发明还提供了所述二氧化碳选择性渗透薄膜的制备方法及其在二氧化碳分离领域中的应用。将本发明提供的二氧化碳选择性渗透薄膜用于二氧化碳分离时，对二氧化碳同时具有较好的选择性和渗透性。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，尤其涉及一种二氧化碳选择性渗透薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化碳是引起温室效应的主要气体之一。目前，分离二氧化碳的方法主要有膜分离法，膜分离法是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在薄膜内溶解-扩散上的差异，即渗透速率差来对二氧化碳进行分离。

常用的二氧化碳分离膜有聚二甲基硅氧烷膜、聚4-甲基-1-戊烯膜、聚醚砜膜和聚酰亚胺膜等。然而，目前常用的二氧化碳分离膜受“Robeson上限”的影响，使在分离过程中，二氧化碳无法同时具有高的选择性和渗透性，限制了二氧化碳的分离效果。

发明内容

本发明提供了一种二氧化碳选择性渗透薄膜，本发明提供的二氧化碳选择性渗透薄膜对二氧化碳同时具有高选择性和渗透性。

本发明提供了一种二氧化碳选择性渗透薄膜，包括基底和覆盖在所述基底单面的二氧化碳气体分离层；所述二氧化碳气体分离层包括垂直于基底的碳酸根插层的水滑石纳米片和填充在所述碳酸根插层的水滑石纳米片间的聚合物；所述碳酸根插层的水滑石纳米片的厚度为20～120nm。

优选的，所述二氧化碳气体分离层的厚度为4000～5000nm。

优选的，所述聚合物为聚丙烯酸树脂或聚乙烯亚胺。

优选的，所述基底的材质为聚四氟乙烯或者聚砜。

本发明还提供了所述二氧化碳选择性渗透薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水铝石凝胶涂覆在基底上，得到水铝石涂覆的基底；

(2)将所述步骤(1)得到的水铝石涂覆的基底、二价金属离子、尿素和去离子水混合，得到混合料液；所述二价金属离子包括Mg²⁺、Zn²⁺或Ni²⁺；

(3)将所述步骤(2)得到的混合溶液进行晶化反应，得到初级薄膜，所述初级薄膜包括基底和垂直于基底生长的碳酸根插层的水滑石纳米片；所述晶化反应的温度为70～90℃，所述晶化反应的时间为20～30h；

(4)将聚合物旋涂于初级薄膜生长有碳酸根插层的水滑石纳米片的表面，得到二氧化碳选择性渗透薄膜。

优选的，所述步骤(1)中涂覆的方式包括：将所述基底垂直浸没于水铝石凝胶中、然后取出烘干；依次重复所述浸没和烘干；所述重复的次数为30～50次。

优选的，所述步骤(2)混合溶液中二价金属离子的浓度为0.2～0.6mol/L，尿素的浓度为0.5～1.5mol/L。

优选的，所述步骤(4)中聚合物以聚合物分散液的形式提供，所述聚合物分散液的质量浓度为0.1～0.3％。

本发明还提供了所述二氧化碳选择性渗透薄膜或由上述制备方法制备得到的二氧化碳选择性渗透薄膜在二氧化碳分离中的应用。