一种CO2高效传递膜的制作方法

一种co2高效传递膜
技术领域
1.本发明涉及传递膜技术领域，具体涉及一种co2高效传递膜。


背景技术：

2.co2的脱除和分离已成为能源和环境领域的重要课题。膜分离法在投资、能耗以及环境友好方面优于吸收、吸附和低温蒸馏等传统方法，因此许多国家都积极研究开发分离co2的膜技术。目前，工业应用的气体分离膜大多是高分子膜，普通高分子膜内的传递过程一般可用溶解-扩散机制来描述，研究较多的用于co2分离的膜材料有聚硅氧烷、聚砜、聚乙炔、纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺和聚醚等。“robeson上限”表示的是均相聚合物膜对特定气体对的分离性能的极限，但普通高分子膜由于受“robeson上限”的限制，很难同时具备高渗透性和高选择性，而促进传递膜由于化学反应的引入不再遵守简单的溶解
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扩散机理，有望从根本上摆脱“robeson上限”的困扰。促进传递膜是指膜内含有可与目标组分发生可逆化学反应的功能基团或结构单元，用可逆的化学反应来强化目标组分在膜内传递的一类膜。目前促进传递膜主要有两类：支撑液膜(移动载体膜)和固定载体膜。支撑液膜存在载体易流失，不稳定，寿命短等问题；固定载体膜虽然解决了载体流失的问题，但是由于载体固定在聚合物膜上，流动性较差，导致渗透性和选择性较低。
3.现有的co2传递膜在使用时，其上大多只含单种活性载体，而每一种活性载体与co2的结合都是有一定上限的，仅靠单种活性载体进行运作，传递膜对 co2的渗透性和选择性较低，例如申请号为cn201810578629.2公开的一种促进传递膜，该专利的传递膜由封装在聚合物微球内的载体结合其他的聚合物混合基构成，仅靠单一的载体进行运作，传递膜对气体的渗透性和选择性较低。
4.因此，发明一种co2高效传递膜来解决上述问题很有必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种co2高效传递膜，以解决技术中现有的co2传递膜在使用时，其上大多只含单种活性载体，而每一种活性载体与co2的结合都是有一定上限的，仅靠单种活性载体进行运作，传递膜对co2的渗透性和选择性较低的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种co2高效传递膜，包括传递膜主体和传递膜外壳，所述传递膜外壳由上壳体和下壳体组成，所述上壳体设置于下壳体正上方，所述传递膜主体设置于上壳体和下壳体之间，所述传递膜主体由基底层、固定载体层和顶面保护层构成，所述固定载体层固定连接于基底层顶部，所述顶面保护层固定连接于固定载体层顶部，所述基底层由聚砜超滤膜制成，所述固定载体层由n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物制成，所述固定载体层为凝胶状，所述顶面保护层由pet薄膜制成。
7.优选的，所述n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物为n-乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺通过水解反应合成，所述n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物内部含有仲胺和羧酸根基团，所述仲胺和羧酸根基团均对co2起促进传递作用，仲胺和羧酸根基团
产生载体协同效应，可提高固定载体层与co2结合的上限，改善传递膜对co2的渗透性能和选择性能。
8.优选的，所述顶面保护层表面开设有透气微孔，所述透气微孔数量设为多个，多个所述透气微孔均匀分布于顶面保护层表面，pet薄膜材质的顶面保护层对固定载体层起到保护作用，气体可通过透气微孔穿过顶面保护层进入固定载体层中。
9.优选的，所述上壳体底部固定连接有凸环、上密封内圈和上密封外圈，所述上密封内圈设置于凸环内侧，所述上密封外圈设置于凸环外侧。
10.优选的，所述下壳体顶部开设有凹槽，所述下壳体顶部固定连接有下密封内圈和下密封外圈，所述下密封内圈设置于凹槽内侧，所述下密封外圈设置于凹槽外侧。
11.优选的，所述凸环与凹槽相卡接，所述上密封内圈设置于下密封内圈正上方，所述上密封外圈设置于下密封外圈正上方，通过上密封内圈和下密封内圈对传递膜主体进行夹紧，起到限位固定的作用。
12.优选的，所述凸环底部开设有螺孔，所述凹槽底部开设有通孔，所述通孔与螺孔相匹配，所述下壳体底部设有螺丝，所述螺丝顶端贯穿通孔并与螺孔螺纹连接，在上壳体与下壳体扣合后，通过螺丝进行固定可提高上壳体与下壳体的连接紧密性。
13.优选的，所述传递膜主体被夹紧于上密封内圈和下密封内圈之间，所述上壳体中部固定连接有上滤网板，所述下壳体中部固定连接有下滤网板，上滤网板和下滤网板对传递膜主体起到支撑保护的作用，为传递膜主体分担气体过滤时的风压。
14.在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
15.1.通过基底层、固定载体层和顶面保护层复合成传递膜主体，在传递膜主体的固定载体层内引入两种对co2起促进传递作用的活性载体—仲胺和羧酸根基团，仲胺和羧酸根基团产生载体协同效应，提高了固定载体层与co2结合的上限，改善传递膜对co2的渗透性能和选择性能；
16.2.通过设置传递膜外壳来对传递膜主体进行封装，传递膜主体被夹紧于上密封内圈和下密封内圈之间，对传递膜主体起到限位固定的作用，上壳体和下壳体中部分别固定连接有上滤网板和下滤网板，上滤网板和下滤网板对传递膜主体起到支撑保护的作用，为传递膜主体分担气体过滤时的风压。
附图说明
17.图1为本发明第一视角的整体结构示意图；
18.图2为本发明第二视角的整体结构示意图；
19.图3为本发明的结构爆炸图；
20.图4为本发明的结构剖视图；
21.图5为本发明图4的a部结构放大图；
22.图6为本发明上壳体的结构示意图；
23.图7为本发明下壳体的结构示意图；
24.图8为本发明传递膜主体的局部结构剖视图；
25.图9为本发明传递膜主体的工作流程图。
26.附图标记说明：
27.1、传递膜主体；2、上壳体；3、下壳体；4、基底层；5、固定载体层；6、顶面保护层；7、透气微孔；8、凸环；9、上密封内圈；10、上密封外圈；11、凹槽；12、下密封内圈；13、下密封外圈；14、螺孔；15、通孔；16、螺丝； 17、上滤网板；18、下滤网板。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
29.本发明提供了如图1-9所示的一种co2高效传递膜，包括传递膜主体1和传递膜外壳，所述传递膜外壳由上壳体2和下壳体3组成，所述上壳体2设置于下壳体3正上方，所述传递膜主体1设置于上壳体2和下壳体3之间，所述传递膜主体1由基底层4、固定载体层5和顶面保护层6构成，所述固定载体层5固定连接于基底层4顶部，所述顶面保护层6固定连接于固定载体层5顶部，所述基底层4由聚砜超滤膜制成，所述固定载体层5由n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物制成，所述固定载体层5为凝胶状，所述顶面保护层 6由pet薄膜制成。
30.所述n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物为n-乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺通过水解反应合成，所述n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物内部含有仲胺和羧酸根基团，所述仲胺和羧酸根基团均对co2起促进传递作用。
31.所述顶面保护层6表面开设有透气微孔7，所述透气微孔7数量设为多个，多个所述透气微孔7均匀分布于顶面保护层6表面。
32.所述上壳体2底部固定连接有凸环8、上密封内圈9和上密封外圈10，所述上密封内圈9设置于凸环8内侧，所述上密封外圈10设置于凸环8外侧。
33.所述下壳体3顶部开设有凹槽11，所述下壳体3顶部固定连接有下密封内圈12和下密封外圈13，所述下密封内圈12设置于凹槽11内侧，所述下密封外圈13设置于凹槽11外侧。
34.所述凸环8与凹槽11相卡接，所述上密封内圈9设置于下密封内圈12正上方，所述上密封外圈10设置于下密封外圈13正上方。
35.所述凸环8底部开设有螺孔14，所述凹槽11底部开设有通孔15，所述通孔15与螺孔14相匹配，所述下壳体3底部设有螺丝16，所述螺丝16顶端贯穿通孔15并与螺孔14螺纹连接。
36.所述传递膜主体1被夹紧于上密封内圈9和下密封内圈12之间，所述上壳体2中部固定连接有上滤网板17，所述下壳体3中部固定连接有下滤网板18。
37.本发明工作原理：
38.参照说明书附图1-9，在使用本发明时，首先用n-乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺为原料，通过水解反应合成n-乙烯基-γ氨基丁酸钠和丙烯酸钠的共聚物，该共聚物含有两种对co2起促进传递作用的载体—仲胺和羧酸根基团，以这种共聚物制成凝胶状的固定载体层5，再将固定载体层5复合到由聚砜超滤膜构成的基底层4顶部，基底层4为固定载体层5提供支撑，接着再将pet薄膜材质的顶面保护层6复合到固定载体层5顶部，顶面保护层6对固定载体层5起到保护作用，顶面保护层6表面开设有透气微孔7，透气微孔7的设置可供气体进行通行，通过基底层4、固定载体层5和顶面保护层6复合成传递膜主体1，传递膜主体1在含水的情况下，对co2/ch4体系具有良好的渗透性能和选择性能，传递膜主体1的co2/ch4分离
因子达到305，co2渗透速率可达到 10-5
～10-4
cm3/(cm2s cmhg)，在传递膜主体1的固定载体层5内引入两种对co2起促进传递作用的活性载体—仲胺和羧酸根基团，仲胺和羧酸根基团产生载体协同效应，提高了固定载体层5与co2结合的上限，改善传递膜对co2的渗透性能和选择性能。
39.参照说明书附图1-9，在使用本发明时，通过设置传递膜外壳来对传递膜主体1进行封装，传递膜外壳由上壳体2和下壳体3构成，在对传递膜主体1 进行封装时，先将上壳体2倒置，然后将传递膜主体1放置于上壳体2上，并使得传递膜主体1边缘与上密封内圈9外缘相重合，接着将下壳体3与上壳体 2进行扣合，上壳体2的凸环8与下壳体3的凹槽11相卡接，并使得通孔15 与螺孔14相重合，最后将螺丝16拧入通孔15和螺孔14内，实现上壳体2和下壳体3的固定连接，传递膜主体1被夹紧于上密封内圈9和下密封内圈12 之间，对传递膜主体1起到限位固定的作用，上壳体2和下壳体3中部分别固定连接有上滤网板17和下滤网板18，上滤网板17和下滤网板18对传递膜主体1起到支撑保护的作用，为传递膜主体1分担气体过滤时的风压。