文 献 综 述

摘要：以聚醚共聚酰胺（Pebax2533）嵌段共聚物，聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和凹凸棒石为膜材料，采用聚合物共混合流延成膜的方法，制备出不同质量比的均一透明Pebax/PEGDA/凹凸棒石共混均质膜，Pebax2533的CO₂渗透性和CO₂/N₂分离系数较高，是良好的CO₂/N₂分离材料，PEGDA的选择性和通量较高，是良好的分离材料。凹凸棒石是一种富镁铝层链状结构的硅酸盐矿物，具有特殊纳米纤维状晶体结构 ^[1]，且在CO₂/CH₄和CO₂/N₂分离体吸中表现出优先吸附CO₂的能力 ^[2]；表明凹凸棒石是一种理想的无机填充物来制备用于CO₂分离的无机/有机复合膜。加入的无机粒子可以显著提高气体的扩散系数，导致在维持相近气体分离效果的前提下，气体显著提高。

关键词：聚醚共聚酰胺 PEGDA 凹凸棒石 二氧化碳分离

1.1背景

二氧化碳（CO₂）作为主要的温室气体和酸性侵蚀性气体。如何在保持经济持续发展和社会需求的条件下，有效地控制和减少CO₂的排放，减缓”温室效应”对环境的沉重压力，实现经济可持续发展和环境保护的”双赢”，已成为全世界面临的严峻问题^[3]。目前用于CO₂分离的方法主要有化学吸收法、低温精馏法、变压吸附法以及膜分离法。相对于其它分离方法，气体膜分离法具有低能耗、无相变、易操作、设备简单轻便，易放大生产和运行可靠性高等优点，非常适合CO₂气体的捕集与分离^[4]。

目前应用于CO₂分离的膜主要分为两大类，一类是以分子筛分为机理的无机膜，另一类是以溶解扩散为分离机理的有机膜。无机多孔膜，如沸石膜和碳分子筛膜，具有高的气体量和选择性以及良好的稳定性，在CO₂分离过程中体现出优越性^[5-7]。但是无机膜的制备条件比较苛刻（高温合成或煅烧）以及其昂贵的无机支撑体，使得制备成本难以被工业膜分离接受。相对于无机膜，有机膜在制备工艺上具有绝对显著的优势，如：低成本、高重复性、以及易放大^[8-10]。

1.2聚醚共聚酰胺（Pebax2533）简介

聚醚共聚酰胺（Pebax）是一种已经商业化了的嵌段共聚物，不仅有很好的成膜性，还有很好的耐酸、碱和有机溶剂性，并且有很高的热稳定和机械稳定性，是一种很具应用前景的膜材料^［11］．它由聚醚（PE）链段和聚酰胺（PA）链段共聚而成，PA代表饱和的脂肪链聚酰胺刚性链段，PE代表聚醚柔性链段。Blume等^［11］、Bondar等^[12]、刘丽等^［13］以及Kim等^［14］制备了一系列Pebax膜，并对其CO₂分离性能进行了研究，其中Pebax2533的CO₂渗透系数可达260 Barrar(0.68MPa，25 ℃）^［13］．结果表明，Pebax高分子膜材料对CO₂／非极性气体分离体系具有较好的分离性能。

1.3 凹凸棒石材料简介

凹凸棒石粘土(简称凹土)是一种以凹凸棒石矿物为主要组分的天然粘土。凹凸棒石又称坡缕石，在矿物学上隶属海泡石一坡缕石族^［15］。凹凸棒石是一种链层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，属于2:1型的层状矿物。凹凸棒石的晶体结构分为三个层次^［16］:一是凹凸棒石的基本结构单元，即棒状单晶体;二是由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束;三是由棒晶束间相互聚集而形成的各种聚集体。其晶体中水以4种状态存在:①表面吸附水; ②(OH)水;③进人空洞的水分子，以HZO表示;④参加八面体配位的，出现在空洞壁上受镁离子束缚较强的结合水，以OHZ表示。陈天虎等对凹凸棒石做了热处理分析，结果显示，65 ℃开始脱去外表面吸附水，98℃时脱去孔道水，230℃部分脱去结晶水，481℃脱去剩余结晶水，595℃左右缓慢脱去结构水。