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离子液体支撑膜吸收CO_2的性能研究

王荻  
【摘要】:近年来因化石燃料的排放引发的环境问题愈发严重,环境受到严重污染,CO_2作为主要的温室气体之一,对于CO_2的捕获已引起各界学者广泛关注,传统的CO_2的捕获方法存在着如溶剂投资大、腐蚀设备、能耗较高、过程频繁等缺点。作为新型绿色的CO_2的吸收溶剂,离子液体有着蒸气压低、化学性质稳定、不挥发等特点,近年来已成为研究课题的热点之一。鉴于离子液体价格昂贵,本文提出采用离子液体支撑膜吸收CO_2,作者自行搭建实验台,使用的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([emim][AC])和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([emim][Tf_2N]),使用的支撑膜材料为聚偏氟乙烯PVDF和聚醚矾PES,通过浸泡法制备离子液体支撑膜,采用理论和实验结合的研究方法,探索温度和流量对[emim][AC]-PVDF、[emim][AC]-PES、[emim][Tf_2N]-PVDF、[emim][Tf_2N]-PES四种离子液体支撑膜吸收CO_2性能的影响规律,为离子液体支撑膜吸收CO_2在工业应用中奠定基础。首先,设置压力为0.2MPa,流量为50ml/min,温度在288~318K的范围内变化时,进行温度对四种离子液体支撑膜吸收CO_2的实验研究,通过CO_2在四种离子液体支撑膜中溶解度、渗透系数、扩散系数来测评离子液体支撑膜吸收CO_2的性能,实验结果显示:CO_2在四种离子液体支撑膜中的溶解度随温度的增加而降低,而CO_2在四种离子液体支撑膜中的渗透系数和扩散系数随温度的升高而增高;[emim][Tf_2N]离子液体支撑膜相较于[emim][AC]离子液体支撑膜对于CO_2的吸收效果更好,PVDF作为负载材料用于用于离子液体支撑膜吸收CO_2的效果要优于PES,本研究中CO_2在[Emim][Tf_2N]-PVDF离子液体支撑膜中的溶解度最多可达0.519。其次,设置压力为0.2Mpa,温度为298K,流量分别为20ml/min、40ml/min、60ml/min、80ml/min、100ml/min时,进行流量对四种离子液体支撑膜吸收CO_2的实验研究。结果显示为:当流量达到80ml/min时,是四种离子液体支撑膜吸收CO_2的最佳流量。PVDF支撑膜相比PES支撑膜具有更好的机械性,因为在流量达到100ml/min时PES支撑膜已经破裂。综上可知,通过温度和流量对四种离子液体支撑膜吸收CO_2的性能规律进行测评,认为[emim][Tf_2N]离子液体、PVDF支撑膜更适合用于制备离子液体支撑膜,且本研究为离子液体支撑膜在工业应用中用于吸收CO_2提供了基础数据。


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