[00811814]气体分离用炭分子筛不对称复合膜的研究

膜分离技术是本世纪60年代以来发展起来的一种新型分离技术， 由于膜分离过程中无相变发生，所以它是能耗最低的分离技术之一. 据估算，膜分离法的能耗仅为冷冻分离的1/2～1/3，为多级闪蒸分离的1/10。 当前膜分离技术在液体分离，特别是海水及苦咸水淡化， 工业废水处理等方面已实现了工业化，但在气体分离方面目前还处于研究阶段。其中困难之一， 是目前还没找到同时具有高渗透能力，高分离率的膜材料及其制备工艺。 有机聚合物膜是用于气体分离方面较早的一种膜， 这种膜的分离率虽能满足要求，但其显著缺点是透气能力太低，并且膜耐热能力较差， 这样就使其应用范围受到较大限制。无机多孔膜在很大程度上可以克服聚合物膜的缺点， 因它具有比聚合物膜高得多的透气能力及耐高温性能， 但它的最大缺点是分离能力差。当前无机多孔膜最常用的制膜方法是溶胶－凝胶法， 由于溶胶粒子尺寸的限制，目前国内外用这种方法所制无机膜孔径多在20A 以上， 气体分离受Knudsen扩散控制，使得膜分离率很低。本研究采用了一种全新的制膜工艺，即从聚合物膜出发，经过裂解，不均衡活化等步骤制成一种新型无机膜－－炭分子筛不对称膜， 再与多孔陶瓷支撑体复合制成复合膜。这种炭膜既保留着有机聚合物膜分离率高的优点，又保留着无机多孔膜透气能力高的优点，同时具有较好的耐高温性能。 本项目所研制的分子筛炭膜，透气能力可稳定在102－103 barrer,比聚合物膜高1－2个数量级，膜的O2/N2及H2/N2分离因子可分别稳定在5及10以上,比常规无机膜高2－4倍。其主要技术指标已达到国外文献报道同类膜的先进水平。经中国化工信息中心查新，确认本课题具有以下特点： (1)采用创新性的不均衡活化, 一步法制成不对称孔结构的炭分子筛膜,制备方法比国外报导的二步法简单易行;(2)本项目所研制的气体分离用炭分子筛不对称复合膜的透气能力远高于典型有机膜,分离因子远高于典型无机膜;(3)由于膜的不对称结构,使气体透过膜的阻力显著减小,使膜的选择透过性显著提高,达到国外同类膜先进水平(性能比较见下表):由膜是膜分离技术的关键部件，具有优异性能的气体分离用炭分子筛膜的研制成功，势必为高效，节能， 无污染的膜法气体分离技术的实用化奠定基础.