[发明专利]一种具有高水热稳定性能的CO2捕集膜材料的制备方法有效

专利信息
申请号: 201210336724.4 申请日: 2012-09-12
公开(公告)号: CN102872725A 公开(公告)日: 2013-01-16
发明(设计)人: 漆虹;李丽;徐南平 申请(专利权)人: 南京工业大学
主分类号: B01D71/02 分类号: B01D71/02;B01D67/00;B01D53/22;C01B31/20
代理公司: 南京天华专利代理有限责任公司 32218 代理人: 徐冬涛;袁正英
地址: 210009 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 热稳定性 co sub 捕集膜 材料 制备 方法
【说明书】:

技术领域:

发明涉及一种具有高水热稳定性能的CO2捕集膜材料的制备方法,尤其涉及水蒸气环境中H2/CO2气体分离领域内的一种纯ZrO2膜的制备方法。该ZrO2膜在大规模的工业应用中将具有广泛的应用前景,如甲烷水蒸气重整反应,水煤气变换反应等。

背景技术:

近年来,随着经济的快速发展以及工业化进程的加快,CO2排放量日益增加。与此同时,石油、煤炭和天然气资源的日渐枯竭也急需新的能源补充。氢气是目前比较有前景的一种新型能源,它现有的主要制备方法是水煤气变换反应,但该反应在获得H2的同时会产生CO2。越来越多的CO2排放量将会导致温室效应和全球气候变化日趋严重,因此国际上对CO2的排放问题给予了越来越多的关注,在节能减排的同时,如何对已排放的CO2进行捕集封存,是当前化工领域研究的热点之一。

传统的CO2捕集技术有化学吸收、物理吸附等,它们都具有其独特的优势,但是均存在一些不足,如过程复杂、能耗高、消耗吸附剂等。膜分离由于具有装置简单、操作方便、过程连续、能耗低等优势,在气体分离领域具有巨大的应用潜力。与有机膜相比,无机膜具有耐高温、耐高压、耐腐蚀等优点,并且具有非常好的渗透性和选择性,在气体分离领域和膜催化反应器中有非常好的应用前景。

目前研究比较多的无机膜材料是微孔SiO2膜,但它在高温水蒸气或强酸强碱的环境下稳定性很差,不能实现渗透选择性与稳定性的统一,限制了其在实际工业化条件下的应用。与SiO2材料相比,ZrO2膜材料具有酸碱共性、化学稳定性好、热稳定性高、机械强度大等特点,是非常具有前景的微孔陶瓷膜材料。目前,国外研究学者Tsuru采用ZrO2陶瓷膜材料制备出了ZrO2气体分离膜,该膜对H2(He)的渗透通量为3~5×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1,然而H2(He)/CO2的理想分离因子仅为1.2~2.4,低于Knudsen扩散的分离因子(4.7),分离效果不明显。目前尚未有报道对ZrO2膜进行水蒸气处理。实际的工业过程如水煤气变换反应、甲烷水蒸气重整反应等,不但要求膜对工业气体(H2、CO2、O2、N2、CH4、CO)中的H2/CO2具有较高的分离性能,还要求膜材料本身具备良好的水热稳定性。

发明内容:

本发明的目的是为了提高膜对H2(He)/CO2的分离性能以及膜的水热稳定性,解决工业气体中(H2、CO2、O2、N2、CH4、CO)中H2(He)/CO2的高效分离问题而提出的一种具有高水热稳定性能的CO2捕集膜材料的制备方法。

本发明的技术方案为:一种具有高水热稳定性能的CO2捕集膜材料的制备方法,其具体步骤如下:

a.ZrO2溶胶的合成

将锆醇盐、溶剂和螯合剂按摩尔比1:(1~50):(0.1~20)的比例混合置于冰浴中,并搅拌1~60分钟,再向其中加入水,反应1~60分钟后,获得外观透明的ZrO2溶胶;

b.涂膜过程

将ZrO2溶胶与溶剂按体积比1:(3~20)的比例稀释配制成制膜液,将制膜液在载体表面涂膜;

c:干燥烧结过程

将涂覆制膜液的载体干燥,升温至100~800℃,保温1~10h后自然降温,制得ZrO2气体分离膜。

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