用于高效CO2分离的离子液体支撑双层玻璃膜的研制及传质机理的研究

The technology of CO2 separation from other gases is of great significance in CCS, CO2 utilization and purification of nature gas. .In the proposed project, an ionic liquid-supported dual-layer glass membranes is designed to develop a cost-effective, thermal and chemical stable glass membrane for efficient CO2 separation based on the unique dual-layer stucture of the membrane.The membrane will be prepared via post-synthetic methods or one-pot synthesis which is simple and energy-efffective. In order to have both high selectivity and flux, an ultrathin ionic liquid-supported layer will be fabricated as the functional layer for CO2 separation,which is supported by another layer of porous SiO2 glass membrnae with an average pore size of 20 to 100 nm . A surface modified mesoporous glass matix will be applied to enhance the affinity between the adsorbed ionic liquid and the surface of the pore channels. Due to the thermal-stable material used in the membrane, this kind of membrane can be applied up to 300 oC which is impossible for conventional polymer membranes. .The success of this project will be a significant progress in the research of membrnae separation of CO2 and will probably lead to massive application of CO2 separation membranes in CO2 capture and nature gas purification.

CO2 分离技术在二氧化碳减排、资源化利用，天然气净化等重要工业领域具有广泛的应用前景，也是亟需解决的关键技术问题，具有重大的科学意义和科研价值。本项目拟采用软化学Sol-Gel的方法制备基于离子液体的介孔玻璃双层复合膜，旨在开发一种经济、高效、稳定的CO2分离膜。本项目设计的复合分离膜具有独特的双层膜结构。为了获得对CO2的高选择性和高通量，本课题将采用超薄的离子液体支撑液膜作为气体分离层；为了克服传统支撑液膜吸附稳定性差的问题，本课题将对介孔玻璃的孔道表面进行离子液体改性，通过离子吸附作用，增强吸附层与孔壁间的作用力，以有效提高离子液体在复合膜中的吸附稳定性。.本项目通过对材料和结构的独创性设计，有望获得高选择性、高通量、高稳定性并能在高温条件下(300摄氏度)使用的CO2分离膜，这将有助于推动CO2分离膜的广泛应用，并为CO2分离膜的研发开辟一个新的方向，具有重要的学术意义。

CO2 分离技术在二氧化碳减排、资源化利用，天然气净化等重要工业领域具有广泛的应用前景，也是亟需解决的关键技术问题，具有重大的科学意义和科研价值。本项目拟采用软化学Sol-Gel 的方法制备基于CO2液体吸附剂的介孔玻璃双层复合膜，旨在开发一种经济、高效、稳定的CO2 分离膜。本项目设计的复合分离膜具有独特的双层膜结构。为了获得对CO2 的高选择性和高通量，本课题将采用超薄的液体支撑液膜作为气体分离层；为了克服传统支撑液膜吸附稳定性差的问题，本课题将对介孔玻璃的孔道表面进行极性聚合物电解质改性，通过离子吸附作用，增强吸附层与孔壁间的作用力，以有效提高CO2液体吸附剂在复合膜中的吸附稳定性。.通过本课题的研究，首次采用磷酸作为造孔剂成功制备了介孔二氧化硅玻璃膜，孔径可以在2-6nm内连续控制，该介孔玻璃膜具有孔径分布窄，孔道丰富的特点，可以满足气体分离的要求。此外，本项目首次报道了通过原子转移自由基聚合（ATRP）的方法在二氧化硅的表面成功接枝了高密度的聚合物电解质（聚乙烯基吡啶），接枝密度高达94wt%以上。通过在无机介孔膜表面接枝聚合物电解质可以增强支撑液体和基体的相互作用，为显著提高液体支撑膜的稳定性提供了方法。.通过制备液体支撑介孔二氧化硅吸附剂来评价不同液体吸附剂对CO2的选择效果，发现多乙烯多胺是一种理想的二氧化碳吸附剂，测试结果显示该吸附剂的吸附效率接近100%以上，每克多乙烯多胺可吸附0.213 6 g CO2。基于多乙烯多胺制备了液体支撑二氧化碳分离膜，并设计了膜分离测试装置对分离效果进行了测试。.通过本项目的研究，共发表两篇SCI收录研究论文，1篇中文核心期刊研究论文。先后申请专利7项，其中4项已经获得授权。