[发明专利]一种分离富集二氧化碳的方法

说明书

本发明涉及气体分离技术领域，公开了一种分离富集二氧化碳的方法，包括：在20～100℃、0.01～0.2MPa压力、强度为‑7.5～7.5V/mm的电场条件下，采用离子液体/二维片层材料气体分离膜对含有二氧化碳的混合气体进行分离富集；离子液体/二维片层材料气体分离膜的制备方法包括：(1)将二维片层材料分散在去离子水中得到二维片层材料分散液，通过真空抽滤将二维片层材料分散液抽滤到多孔基底上，得到二维片层材料膜；(2)将离子液体涂布在所述的二维片层材料膜表面，在不低于50KPa负压下保持1～8小时，得到离子液体/二维片层材料气体分离膜。本发明的方法通过对离子液体/二维片层材料气体分离膜施加电场，使得离子液体/二维片层材料气体分离膜具有非常优异的气体分离能力。

技术领域

本发明涉及气体分离技术领域，尤其涉及一种分离富集二氧化碳的方法。

背景技术

气体分离膜分离气体的原理主要是基于不同气体在膜内的传输速率不同，通常可分为微孔扩散机制和溶解扩散机制。微孔扩散机制主要是利用多孔材料的孔洞或层状材料的通道来进行筛分；溶解扩散机制则是利用如一些高分子材料对不同气体具有不同溶解度和扩散系数的特性来分离和富集。

膜分离技术在应对当前由于以CO₂为主的温室气体的大量排放造成的温室效应等气候变化带来的负面影响方面具有很高的利用价值，其具有环保、低能耗等优势。开发新型高效节能的分离膜成为重要的研究方向。

聚合物薄膜作为气体分离膜早已投入商用，但聚合物薄膜所具有的通量低、稳定性差等缺点极大地限制了其应用。而二维层状材料如石墨烯、氧化石墨烯等，具有独特的纳米级通道，使气体分离膜在气体分离领域有了新的可能。氧化石墨烯具有独特的二维结构和成熟的制备工艺，由氧化石墨烯片层规则堆垛而成的氧化石墨烯薄膜在多个领域内都有很大的应用潜力，如水处理，电化学，催化，气体分离等。但是在气体分离领域，纯的氧化石墨烯薄膜的分离效率远没有达到可以实际应用的地步，因此需要进行改性。

离子液体是一种室温下呈液态的盐，具有蒸气压低、热稳定性和化学稳定性好等优点，且对二氧化碳有很高的溶解度，因此可以用来分离和富集二氧化碳。但将离子液体直接用来使用存在很大的局限性，因此常常将离子液体填充在多孔介质内制成复合膜来使用。

在单纯的压力差驱动下，气体分离膜对混合气体中二氧化碳的分离富集效率仍然有待提高。

发明内容

本发明提供了一种分离富集二氧化碳的方法，对二氧化碳的分离能力和分离效率较高。

具体技术方案如下：

一种分离富集二氧化碳的方法，包括：

在20～100℃、0.01～0.2MPa压力、强度为-7.5～7.5V/mm的电场条件下，采用离子液体/二维片层材料气体分离膜对含有二氧化碳的混合气体进行分离富集；

所述离子液体/二维片层材料气体分离膜的制备方法包括：

(1)将二维片层材料分散在去离子水中得到二维片层材料分散液，通过真空抽滤将二维片层材料分散液抽滤到多孔基底上，得到二维片层材料膜；

(2)将离子液体涂布在所述的二维片层材料膜表面，在不低于50KPa负压下保持1～8小时，得到离子液体/二维片层材料气体分离膜。

利用真空抽滤的方式将二维片层材料水溶液中的二维片层材料抽滤至多孔基底上，得到具有规则层状结构的二维片层材料薄膜，该薄膜中层间距在1纳米以下；将离子液体涂布在二维片层材料薄膜表面后，离子液体会受到毛细管力的作用，逐渐渗透到二维片层材料薄膜的片层之间，并最终被限制在其中。