促进CO传递的离子液体支撑液膜的制备及其机理研究

With the development of C1-Chemistry, the need of carbon monoxide is increasingly. Some exhaust gases from industries contain carbon monoxide, which is harmful to human beings. So the recovery and the reuse of such waste gases have become a very important task. Compared with conventional separation techniques, membranes offer a great potential. In this project, it tends to design new ionic liquid system containing metal carrier according to the carbon monoxide complexation, and prepare supported ionic liquid membrane for carbon monoxide separation from gas mixtures containing N2. According to this project, it can propose a new route to prepare CO separation membrane with good stability, high permeability and selectivity. Simultaneously, it can provide theoretical and experimental foundation for the use of supported ionic liquid membrane.

随着碳一化工的迅速发展，高纯度CO的需求日益增加；另一方面不少工业排放气中含有CO，对环境构成了严重威胁，因此分离和净化CO具有重要的意义。与传统的分离过程相比，膜法分离技术被认为是最具吸引力的替换过程。本项目以工业过程排放的尾气如高炉气、转炉气、电石炉气中的CO分离纯化为背景，选取CO/N2分离体系为研究对象，以CO与金属离子之间的络合作用为促进传递机理，设计新的含有金属离子载体的离子液体膜体系，开发适合CO分离与纯化的离子液体支撑液膜。通过本项目的实施不仅为制备高稳定性、高气体渗透性和分离性能的CO分离膜提供了一条新的途径，同时也为离子液体支撑液膜的应用提供实验基础和理论依据。

一氧化碳CO既是碳一化工的基础原料，又是有害的大气污染物，也是多种化学反应中的催化剂毒物，因此分离和净化CO具有重要的意义。本项目针对CO/N2难分离的关键问题，开展了CO促进传递膜的研究工作。首先，项目组成员通过筛选，找到了适合CO分离的金属离子载体CuCl和AgBF4。然后，采用氮气加压法制备了含有亚铜离子和银离子的离子液体支撑液膜，考察了载体种类和浓度的影响，并对膜的结构形态和气体渗透分离性能进行了系统表征，揭示了CO和N2在制备的含有促进CO传递载体的离子液体支撑膜中的传质机理，结果表明，（1）随着CuCl的加入，CO的渗透系数和CO/N2选择性均增加。当CuCl 与[Emim][Tf2N]的摩尔比为0.5时，CO的渗透系数和CO/N2选择性分别为235.67 Barrer和3.08（0.1MPa, 20℃）。CO通过CuCl/[Emim][Tf2N]支撑液膜的渗透活化能大于N2的渗透活化能；（2）随着AgBF4的加入，CO和N2的渗透系数减小，CO/N2选择性增加。当AgBF4 与[Emim][BF4]的摩尔比为0.2时，CO的渗透系数和CO/N2选择性分别为25.81 Barrer和9.63（0.4MPa, 20℃）。CO通过AgBF4/[Emim][BF4]支撑液膜的渗透活化能小于N2的渗透活化能；最后为了彻底消除支撑液膜本身构型所导致的稳定性问题，开发了硅橡胶/石墨烯有机无机杂化膜，随着混合基质膜中石墨烯含量的增加， N2的渗透系数减小，而CO的渗透系数出现先增加后减小的趋势，说明石墨烯具有促进CO传递的能力。与纯的硅橡胶膜相比，当石墨烯与硅橡胶的比值为1:5时，CO/N2的选择性增加了170%（0.5MPa, 35℃）。