[发明专利]一种基于含液碳纳米管薄膜的混合气体分离方法

摘要

一种基于含液碳纳米管薄膜的混合气体分离方法属于气体分离技术领域。首先构建分离气体模型，该分离气体模型由多个碳纳米管构建成碳纳米管薄膜，并对每个碳纳米管的端部进行封闭处理，碳纳米管内部填充离子溶液；对碳纳米管薄膜施加沿碳纳米管轴向的拉伸预应力和侧向的位移约束，碳纳米管端部形成的多个微观孔隙作为调控混合气体分离的薄膜孔隙；薄膜孔隙的特征尺寸可由电场进行调控，电场的施加方向与碳纳米管轴向方向一致，通过电场的施加和撤离实现对气体传输或扩散的控制。本发明针对不同类型的混合气体具有可调控性，分离混合气体范围广，操作简单且灵敏度高，所分离出气体的纯度较高，并且该碳纳米管分离薄膜具有耐腐蚀、耐高温、寿命长等特性。

主权项

1.一种基于含液碳纳米管薄膜的混合气体分离方法，其特征在于以下步骤：构建分离气体模型，该分离气体模型由多个碳纳米管构建成碳纳米管薄膜，并对每个碳纳米管的端部进行封闭处理，碳纳米管内部填充离子溶液；碳纳米管薄膜上方为待分离的混合气体；对碳纳米管薄膜施加沿碳纳米管轴向的拉伸预应力和侧向的位移约束，使碳纳米管之间的间距为碳纳米管端部之间的间隙为其端部间隙形成的多个微观孔隙作为调控混合气体分离的薄膜孔隙；多个碳纳米管在范德华力作用下交错定向排列成一层二维的碳纳米管薄膜，碳纳米管薄膜的大小根据具体情况而定；所述的薄膜孔隙的特征尺寸由电场进行调控，电场的施加方向与碳纳米管轴向方向一致，通过电场的施加和撤离实现对气体传输或扩散的控制，具体为：根据混合气体有效分子直径，调节作用在碳纳米管上的电场强度，此时碳纳米管内部的离子在电场力的作用下对管壁的两端施加作用力，碳纳米管端部受到力的作用而伸长，减小碳纳米管薄膜中孔隙尺寸，完成气体分离，最后对分离后的气体进行收集；所述的薄膜孔隙的特征尺寸通过下列公式估算：其中，r0为碳纳米管端部的初始间距，Eelec为电场强度，n为电荷数，e为元电荷，φ和ρ分别为离子溶液的质量分数和密度，NA为阿伏伽德罗常数，l为碳纳米管初始长度，E为碳纳米管的弹性模量，M为离子的分子量。