[发明专利]一种疏水膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种疏水膜及其制备方法与其在膜吸收中的应用。首先通过溶剂热的方式在膜表面制备ZnO阵列，以此形成微纳米结构，从而提升膜的疏水性。然后通过脂肪酸氯化物上的酰氯基团和ZnO的羟基之间的酯化反应，从而改变材料的本征疏水特性，从而进一步提升膜的疏水性，并将其膜吸收捕获CO₂。本发明的优势在于，所制备疏水膜，具有很好的抗润湿性，从而大大降低了传质阻力，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于膜技术领域，尤其涉及一种疏水膜及其制备方法与其在膜吸收中的应用。

背景技术

作为一种主要的温室气体，CO₂在大气中的积累导致了全球变暖。捕获和储存CO₂并将其与其他气体分离的需求日益增加。吸收、吸附、低温技术和膜技术是分离CO₂的基本物理化学过程，但传统分离工艺存在溢流、起泡、夹带、成本高等缺点。尽管在化学溶剂中的气-液吸收被视为捕获二氧化碳的最佳技术，但直接气液接触吸收技术存在着成本高、能耗高等缺点。与传统方法相比，膜分离工艺具有能耗低、环境污染少、易于工业化生产等优点，更易于广泛应用。然而，纯气体分离膜需要严格的孔径设计，工业连续生产困难。为了解决这些问题，一种新型的气-液膜接触器(GLMC)技术已用于混合气体的分离过程中。GLMC在地解决与连续生产和工业使用相关的一些问题表现出了巨大应用潜力，并且能够大大提高混合气体的分离效率。

近年来，CO₂捕集气-液膜接触吸收技术在工艺强化方面受到了越来越多的关注。气-液膜接触吸收是一种非分散吸收过程，通过气液接触器(膜接触器) 实现传质。膜接触器是一种直接接触两种不同流体而不使一相分散到另一相中，从而实现特定物质传质的装置。气体混合物在疏水微孔膜的一侧流动，而液体吸收剂膜的另一侧流动。酸性气体(CO₂)从气相进入气液界面，然后被液相吸收 (碱性吸收剂)。与传统的液体吸收相比，膜接触器能为原料气体和吸收剂提供了更高的界面接触面积，尽管膜的存在为气液膜接触吸收提供了额外的传质阻力。与传统的气液吸收法相比，GLMC还具有操作灵活、易于放大、能耗低、成本低等优点。气相和液相在气-液膜接触器中被分开。膜作为增加气液接触面积的介质，对分离气体没有选择性。膜的形态是影响吸收过程中CO₂传质的关键因素之一。然而，由于CO₂通过多孔膜渗透到液体吸收剂中受到充满液体的孔的限制，膜气体吸收易受膜润湿的影响，从而显著降低膜吸收的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种疏水膜制备方法及其膜吸收应用。本发明提供的疏水膜接触器对CO₂的吸收速率快，吸收通量高。

为了解决这一问题，膜进行改性，提高膜的疏水性是最为常见的方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种疏水膜，所述疏水膜采用如下方法制备：

(1)ZnO阵列制备：将质量比为1～10:1～5:1(优选5：2：1)的锌盐、2- 甲基咪唑与无水甲酸钠溶于甲醇中(超声至溶液完全澄清)，得到澄清溶液；将中空纤维膜垂直置于所述澄清溶液中，在50～100℃下反应6～24h(优选80℃下反应12h)，自然冷却至室温，所得长有ZnO的膜用甲醇清洗(数次至表面多余 ZnO除去即可)，干燥，得到具有ZnO阵列的膜；

(2)疏水接枝：将脂肪酸氯化物溶解在酰胺类溶剂A中，得到溶液A；将有机胺溶于酰胺类溶剂B，得到溶液B；将步骤(1)所述的具有ZnO阵列的膜浸入预热至40～80℃(优选60℃)的所述溶液A中充分浸润(一般所需时间为 0.5～4h，在本发明的实施例为1h)，然后搅拌(在本发明的一个实施例中600rpm) 下滴加预热至40～80℃(优选60℃)的所述溶液B，滴毕，所得混合液密封 40～80℃下反应0.5～4h(优选60℃反应1h)，所得接枝膜用乙醇洗涤(数次)，干燥(在40℃真空烘箱中干燥过夜)，得到所述疏水膜；所述脂肪酸氯化物与有机胺的质量比为1～10：1(优选6.87：1)。