使用聚硅酮分离膜分离二氧化碳的设备以及制造该设备的方法_3

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下的0.Ol至 50kV的交流电。运有利于二氧化碳分子的运动,从而增加二氧化碳分子通过二氧化碳分离 膜的速度。因此,二氧化碳能够更容易地分离。运里,需要小屯、的是,防止分离器被过电流 损坏。
[0059] 在本发明中,声波发生器也可安装在由多孔聚娃酬膜制成的分离器内的副产物气 体的运动路径上。声波发生器可W使多孔聚娃酬膜振动,从而使二氧化碳的更有效地分离。 声波发生器可W通过产生mz至100曲Z的声波使多孔聚娃酬膜振动。因此,二氧化碳可W 很容易地通过多孔聚娃酬膜W被更容易地分离。运里,当声波发生器的声波太高,需要小屯、 的是,防止分离器由于共振现象而被损坏。
[0060] 图8a是W片的形式制造的二氧化碳分离膜的分解透视图。图8b示出了用于分离 二氧化碳的组装装置。为了组装用于分离二氧化碳的装置,入口或出口 400、网状物500和 电极550设置在W片的形式的上分离膜100和下分离膜100之间然后通过将粘结剂涂布到 上分离膜100和下分离膜100的边缘而将上分离膜100和下分离膜100粘合在一起。
[0061] 网状物500是在软管中用作支撑物的网状弹性材料。网状物500由尼龙、树脂或 金属材料(如弹黃)制成。当上片和下片之间的压力变为负值时,网状物500防止上片和 下片彼此附着从而丧失其分离功能。网状物可W管或片的形式制造。
[0062] 用于分离二氧化碳的装置的分离容器可W使用层叠板,其是W片或管的形式。副 产品气体通过具有层叠的多个W片的形式的分离膜的分离容器,并且只有二氧化碳被分离 和通过入口或出口 400被提取。相反的是可能的。也就是说,副产物气体可W通过入口或 出口 400,并且只有二氧化碳可W在分离容器内分离和提取。因此,入口或出口 400可W形 成在W片的形式的分离膜的仅一侧或两侧。
[0063] 图9a是W管的形式制造的二氧化碳分离膜的分解透视图。图9b示出了用于分离 二氧化碳的组装装置。用于分离二氧化碳的装置是通过将入口或出口 400、网状物500和电 极550插入二氧化碳分离膜管并且用涂布到碳分离膜管的两端的粘合剂密封碳分离膜管 来组装的。
[0064] 图10是示出了根据本发明的另一个实施方式的形成二氧化碳分离膜的方法。多 孔聚娃酬膜可W通过如下步骤形成:混合聚娃酬橡胶原料、陶瓷粉末和固化剂,挤出该混合 物,并在80°C至300°C的溫度下固化所述挤出的混合物。 阳0化]具体地,形成二氧化碳分离膜的方法可W包括:a)通过混合聚娃酬橡胶原料、陶 瓷和固化剂制备混合物,b)揽拌该混合物,C)通过在50°C至100°C的溫度下将揽拌的混合 物注入挤出机来将揽拌的混合物挤出作为含陶瓷的聚娃酬复合膜,和d)在100°C至300°C 的溫度下固化所述复合膜。
[0066] 通常,聚娃酬橡胶即使在高溫下也保持其性能。因此,与常规有机橡胶相比,聚娃 酬橡胶展现出好得多的拉伸强度、伸长率和耐磨性。不同于其他有机橡胶,聚娃酬橡胶具有 不含在大气中与氧、臭氧和紫外线进行反应产生裂纹的双键的分子结构。因此,聚娃酬橡胶 具有优良的耐候性,运使得它即使被长时间使用也不会经历物理性质的变化。此外,聚娃酬 橡胶具有耐热性、低溫晓性、优异的强度和阻燃性能。最重要的是,由于聚娃酬橡胶对氧和 有机蒸气的渗透性高,所W使用聚娃酬橡胶来浓缩空气中的氧并收集有机蒸气。
[0067] 所述陶瓷粉末可W是对二氧化碳具有亲和力的基于化的氧化物、基于Pd的氧化 物、基于Ti的氧化物和基于Al的氧化物中的任一种或者更多种。优选地,所述陶瓷粉末可 W是化2〇3、Ti〇2、PdO、AI2O3、MgO、NiO、Y203、Si〇2、Zr〇2和沸石中的任一种或混合物。所述陶 瓷粉末可W基于聚娃酬橡胶原料的重量W0.OOl重量%至10重量%的量使用。由于其对 二氧化碳优异的亲和力,所述陶瓷粉末可W利于二氧化碳吸附和扩散到分离膜。 W側此外,所述固化剂可W是在20°C至200°C的溫度下通过热解能够产生自由基的有 机过氧化物。例如,所述固化剂可W是,但不限于,过氧化苯甲酯、过氧化2, 4-二氯苯甲酯、 过氧化对甲基苯甲酯、过氧化邻甲基苯甲酯、过氧化2, 4-二枯基、2, 5-二甲基-双化5-叔 下基过氧基)己烧、过氧化二叔下基、过苯甲酸叔下醋或1,6-己二醇-双-叔下基过氧碳 酸醋。
[0069] 运里,在陶瓷和固化剂混合之后,可W将它们与聚娃酬橡胶原料混合。基于100重 量份的总重量,固化剂可WW0. 1至15重量份,特别是0. 2至10重量份的量加入。当固化 剂W小于0. 1重量份加入时,橡胶原料在固化之后会变得太软或乳酪状,因此使得其不适 合用于本发明的聚娃酬分离膜。当固化剂W大于15重量份加入时,机械/物理性能可能会 降低,并且在固化工艺后可能需要更多时间除去剩余的固化剂。
[0070] 本发明的操作b)中,可朗尋陶瓷和固化剂的混合物与聚娃酬橡胶原料混合,然后 在室溫下揽拌10分钟至5小时W均匀地混合它们。运里,如果陶瓷、固化剂和聚娃酬橡胶 原料的混合物没有充分揽拌,它可能会导致在聚娃酬橡胶原料中的陶瓷的密度不同,使模 塑分离膜的厚度不均匀,并引起剥落现象。出于运个原因,陶瓷、固化剂和聚娃酬橡胶原料 的混合物应充分揽拌。
[0071] 此外,本发明的操作C)中,操作b)的揽拌的混合物被挤出。将揽拌的混合物注入 加热到50°C至100°C的溫度的挤出机中,并挤出为W管的形式的含陶瓷的聚娃酬复合膜。 然后,将含陶瓷的聚娃酬复合膜在大气压力下固化到IOOC至30(TC的热的未固化部分W 产生W管的形式的聚娃酬陶瓷复合膜。
[0072] 运里,在混合上述原料的过程中固化剂的含量的增加或固化溫度的增加可W降低 固化时间。另外,使用远红外线面板加热器可W进一步降低固化聚娃酬橡胶所需要的时间。
[0073] 在本发明中,通过挤出揽拌的混合物得到的聚娃酬复合膜可W模制为W垂直片、 水平片或管。
[0074] 在本发明中,通过挤出揽拌的混合物得到的复合膜也可W是包含陶瓷的多孔聚娃 酬复合膜。该陶瓷可W具有Inm至IOOym的粒度。 阳0巧]在本发明中,由多孔聚娃酬制成的分离膜可W是W具有1IM至100mm,更优选2IM至50IM的直径的管的形式。另外,由多孔聚娃酬制成的分离膜的厚度可W为0. 05至3mm, 更优选,0. 1至2mm。当分离膜的直径和厚度在规定范围W外时,表面积和二氧化碳的渗透 性可能会受到影响。 W76] 此外,在聚娃酬膜中形成的孔的直径可W是0. 3至0. 37皿,更优选,0. 32至 0. 35nm。当基于通常用于比较气体扩散性的分子动态直径聚娃酬孔具有大于0. 38nm的直 径时,可W分离甲烧和二氧化碳。当聚娃酬孔具有0. 33nm的直径时,二氧化碳不会被分离。 因此,必须使用具有合适孔径的多孔径的聚娃酬膜。 阳077] 在本发明中使用的纳米陶瓷粉末的平均粒度可为Inm至lOOnm,更优选,2nm至 50nm〇
[0078] 另外,本发明中的涂布陶瓷的膜可具有2nm至1000 ym的厚度。当涂布陶瓷的膜 过厚或过薄时,可能会发生裂纹或剥落。因为二氧化碳无法渗透通过过厚的涂布陶瓷的层, 所W涂布陶瓷的层的厚度应加W调整。
[0079] 所述分离膜可通过浸涂、流涂、漉涂或喷涂(优选地,通过浸涂)用陶瓷涂布。运 里,陶瓷可W分散在水或任一种基于醇的有机溶剂(如甲醇、乙醇和丙醇)中,然后用于涂 布分离膜。陶瓷可W最优选被分散在水中。陶瓷可W使用超声波分散器分散30分钟到1 小时,然后用于涂布分离膜。
[0080] 此外,本发明可W提供使用包括由多孔聚娃酬膜制成的分离器的用于分离二氧化 碳的装置从副产物气体中分离二氧化碳的方法。
[0081] 在此,在由多孔聚娃酬膜制成的分离器的内部和外部之间的压力差小于4k奸/ cm2。当在分离器的内部和外部之间的压力差为4k奸/Cm2W上时,副产物气体的流量增加, 因此难W使二氧化碳被吸收并通过多孔聚娃酬膜。此外,多孔聚娃酬膜的膨胀可能会变得 明显。在因此,理想的是在接近大气压的合理压力的范围内分离二氧化碳。
[0082] W下,将通过实施例对本发明进行更详细地说明。提供运些实施例W说明本发明, 对本领域的普通技术人员来说显而易见的是,本发明的范围并不解释为受运些实施例的限 制。 阳〇8引(实施例)
[0084] 在本发明中,使用气相色谱分析定性和定量分析收集的二氧化碳,并且使用质量 流量计(MFC)测量流量。
[00化]实施例1 :使用多孔聚娃酬管作为分离器进行的实验。
[0086] 将厚度为2IM的多孔聚娃酬管安装作为图1
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