[发明专利]掺杂多壁碳纳米管的乙基纤维素汽油脱硫膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体地，涉及一种掺杂多壁碳纳米管(MWCNTs)的乙基纤维素渗透汽化汽油脱硫膜及其制备方法，利用乙基纤维素与多壁碳纳米管(MWCNTs)杂化共混改性制备汽油脱硫复合膜。

背景技术

在过去的二三十年里，生产清洁油品成为世界范围内的重要研究课题。汽油中的有机硫化物燃烧转化为SOx，排放到大气中会引起酸雨，SOx也是汽车尾气转化催化剂的抑制物，会降低汽车尾气转化器对NOx、未完全燃烧的烃类(HC)及颗粒物(PM)等的转化效率。随着环保法规的日益严格，世界范围内对车用燃料的质量要求更加苛刻，低硫“清洁燃料”的生产成为必然的趋势。

研究表明，汽油中所含硫化物的存在形式有元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物以及噻吩等，有机硫化物是汽油中主要的含硫化合物。为了应对燃料油的无硫化趋势，世界各国开发了多种脱硫技术，可分为加氢脱硫和非加氢脱硫。加氢脱硫技术是目前最为成熟的清洁油品生产技术，但存在一次性投资大、运行成本高、需要消耗大量氢气和损失辛烷值等缺点。

而膜法脱硫作为非加氢脱硫的一种，是一个物理过程，其主要优势在于能够将硫化物选择性透过膜，而大部分烯烃仍然保留在低硫产品中，从而有效减低因烯烃饱和造成的辛烷值损失，对传统汽油脱硫做出有效的补充。

乙基纤维素由于有着稳定的化学性、较强的耐酸碱性、较好的介电性、不易燃烧和较好的耐盐、耐寒、耐吸湿性等这些突出的特点，使得乙基纤维素塑料和薄膜具有优良的柔韧性能和机械性能。除此以外，乙基纤维素对汽油组分具有良好的溶解性且对汽油中的噻吩具有较高的溶解选择性。因此乙基纤维素广泛用于渗透汽化脱硫。

然而乙基纤维素无法耐受汽油组分的溶胀效应，需要采用一定的方法进行改性，若采用单一的化学交联手段对其改性，则会发生膜分离性能(选择性与渗透性)的“此消彼长”(“trade-off”)现象，即一方增大，另一方必定减小。自碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)被发现以来，受到材料、物理和化学等科学领域研究者的广泛青睐，但是碳纳米管的极易团聚导致其在使用时不易分散，一般常用强酸或混酸来氧化其表面的缺陷而形成羧基和羟基，这些基团可以被利用进行相应的衍生化反应，从而达到改善碳纳米管分散性和溶解性的目的。多壁碳纳米管(MWCNTs)电子亲和势为4.0～5.1eV，作为电子受体有着较强的电子亲和能力，其电子传导性能已和铜导线相近，区别于石墨的二维结构，多壁碳纳米管的一维结构容易引发量子效应，从而导致多壁碳纳米管产生独特的电子传输性。因此，在渗透汽化过程中，多壁碳纳米管与电子云密度相对较大的汽油组分可以进行可逆的电荷转移络合反应，提高膜的分离选择性和渗透性。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种掺杂多壁碳纳米管的乙基纤维素及其制备方法,利用掺杂多壁碳纳米管(MWCNTs)提高乙基纤维素渗透汽化汽油脱硫复合膜的分离性能。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

掺杂多壁碳纳米管的乙基纤维素渗透汽化汽油脱硫膜，由活性层和底膜复合而成；活性层为掺杂多壁碳纳米管的乙基纤维素膜，底膜为聚偏氟乙烯膜，活性层涂膜在底膜上制得乙基纤维素渗透汽化汽油脱硫复合膜。

上述掺杂多壁碳纳米管的乙基纤维素渗透汽化汽油脱硫膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将聚偏氟乙烯、聚乙二醇2000、N-甲基吡咯烷酮按质量比为1:0.1-0.5:6-10放入圆底烧瓶中50℃恒温水浴搅拌24小时，溶液呈亮黄色，然后进行压滤、脱气；使用刮膜机在无纺布上刮膜，调整刮刀的厚度为300μm，将刮好的膜浸入去离子水中两天，放入烘箱干燥，得到厚度为90-110μm的聚偏氟乙烯膜，聚偏氟乙烯膜作为掺杂多壁碳纳米管的乙基纤维素渗透汽化膜的底膜；

(2)、选取多壁碳纳米管，并进行酸氧化，酸氧化的具体方法如下：称取多壁碳纳米管0.8g，在室温下用浓HNO₃与浓H₂SO₄的混酸(体积比为1:3)80-120ml超声处理6h；待样品静止冷却后，由0.45μm孔径的聚四氟乙烯(PTFE)膜过滤，用去离子水将样品反复冲洗至滤液呈中性，75℃真空干燥24h，得到酸氧化后的多壁碳纳米管(MWCNTs)；

(3)、将步骤(2)酸氧化后的多壁碳纳米管加入到溶剂(无水乙醇)中，酸氧化后的多壁碳纳米管与溶剂(无水乙醇)的质量比为1:300-500，超声振动分散12h；

(4)、将乙基纤维素在40-60℃烘箱干燥后备用；