[发明专利]增强型ZrO2负载疏水性SiO2复合膜的制备方法

说明书

增强型ZrO₂负载疏水性SiO₂复合膜的制备方法，将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、无水乙醇在冰水浴中混合与稀释后的HNO₃溶液混合，加热冷凝再冷却至室温得到甲基化改性SiO₂溶胶，将Zr(NO₃)₄·5H₂O溶液和草酸溶液混合，加热冷凝再冷却至室温得到ZrO₂溶胶，将两种溶胶混合，得到原始ZrO₂‑SiO₂溶胶，对原始ZrO₂‑SiO₂溶胶进行稀释，以多孔陶瓷为支撑体，采用浸渍法将稀释的ZrO₂‑SiO₂溶胶涂覆在所述支撑体表面，室温干燥后培烧即得。本发明的制备方法，在提高普通ZrO₂负载型疏水性SiO₂复合膜水汽稳定性的基础上，成倍的增大了H₂的渗透速率和H₂/CO₂分离因子。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及增强型ZrO₂负载疏水性SiO₂复合膜的制备方法。

背景技术

CO₂作为一种排放量最大的温室气体，是温室效应气体削减与控制的重点。CO₂的主要排放源是化石燃料的使用，尤其是煤的燃烧使用。而H₂是一种极具开发前景的清洁能源。目前国际上提出了将污染严重的煤高效、集中地转化为洁净的氢气进行燃烧，即煤气化制氢，将分离出的高浓度CO₂运输到指定地点进行储存，以减少温室效应气体CO₂的排放。在煤气化制氢过程中，一般是将煤高压富氧气化变成煤气(H₂+CO)，然而为了便于更多地分离出CO₂，往往随后将其转化成(H₂+CO₂)，然后将H₂从CO₂中分离。因此，从混和气(H₂+CO₂)中分离出氢气是获得高纯氢气的一个重要且关键环节。

膜分离技术是提纯H₂的有效方法。近年来，对于H₂分离用无机膜的研究，主要集中在钯(Pd)及其合金膜、非钯合金膜、沸石膜、分子筛炭膜以及无定形SiO₂膜上。其中，SiO₂膜被认为是最能接近工业应用，研究最为广泛。然而，普通SiO₂膜水汽稳定性较差，在潮湿环境中长期使用时分离效果会逐渐降低。为此，国内外不少研究者致力于提高SiO₂膜疏水性的研究，如引入疏水基团的化学修饰法、引入无机氧化物或过渡金属元素法、采用反向扩散的CVD技术以及引入表面活性剂法。以上方法虽然可以在不同程度上提高膜的水汽稳定性，但往往不能同时兼顾H₂渗透速率和H₂/CO₂分离效率两项指标，气体选择性好的膜往往渗透速率较低。

现有的SiO₂膜在保证膜的水汽稳定性的前提下，气体渗透速率和H₂/CO₂分离效率得到了一定的提高，但是想要工业化分离H₂和CO₂，成本依然很高，因此在保证膜的水汽稳定性的前提下，提高气体渗透速率和H₂/CO₂分离效率成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供增强型ZrO₂负载疏水性SiO₂复合膜的制备方法，解决了现有技术中存在的保证膜的水汽稳定性的前提下，气体渗透速率和H₂/CO₂分离效率同时提高程度较低的问题。