CN114272726B - 一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法 - Google Patents
一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114272726B CN114272726B CN202111584230.3A CN202111584230A CN114272726B CN 114272726 B CN114272726 B CN 114272726B CN 202111584230 A CN202111584230 A CN 202111584230A CN 114272726 B CN114272726 B CN 114272726B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- membrane
- ionic liquid
- gas
- ammonia
- separation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法，属于气体分离与净化技术领域。所述方法中的离子液体混合基质膜由质子型离子液体、金属有机框架材料与聚合物制备而成，将所制膜材料置于气体分离评价装置的膜池中，在膜中金属有机框架材料的开放金属位点及质子型离子液体的质子氢位点的协同作用下，氨气优先由离子液体混合基质膜的一侧渗透至另一侧，从而实现氨气的高效分离与回收。该方法具有流程简单、高效绿色、设备占地面积小等优点，适用于化学气相沉积炉尾气、氨基酸尾气、合成氨驰放气、钼酸铵尾气等含氨气体的分离，是一种极具应用前景的高效氨分离回收新技术。
Description
技术领域
本发明涉及气体分离与净化技术领域，具体涉及一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法。
背景技术
氨(NH3)是一种重要的基础化学品，可用作储氢材料，生产化肥等。但氨也是一种碱性气体，其过量排放造成雾霾等环境问题。在工业过程中不可避免地会产生大量的含氨气体，如化学气相沉积炉尾气、氨基酸尾气、合成氨驰放气、钼酸铵尾气等。因此，含氨气体的高效分离在资源高效利用及环境保护方面具有非常重要的意义。
目前工业上处理含氨气体方法主要是物理冷凝法和溶剂吸收法。如专利CN2125322310 U采用二级冷凝氨法对氨气进行处理，专利CN 212999330 U采用水作为吸收剂对低浓度氨进行回收，以及专利CN 104787972 A采用2-4％的硫酸溶液作为吸收剂。然而物理冷凝法存在相变、能耗高，水洗法存在耗水量大、造成二次污染等问题，酸洗法中酸吸收剂腐蚀设备、产品附加值低、产生大量废水及废渣等问题。因此，迫切需要开发高效节能的氨分离回收绿色新技术。
气体膜分离法由于具有设备小、操作方便、效率高、能耗低等特点，受到广泛关注。其中，膜材料的开发是关键。目前，已有一些研究人员采用气体膜分离法对含氨气体分离进行初步探索，但相关报道较少。Makhloufi等(J.Membr.Sci.441(2013)63-72)制备了多种聚合物膜，其中聚二甲基硅氧烷膜表现出良好的氨渗透性，但NH3/N2选择性极低，仅为27.5。Petukhov等(J.Membr.Sci.621(2021)118994)研究了二维无机材料过渡金属碳化物/多孔阳极氧化铝膜(MXene/AAO)对于多种气体的分离性能，其中NH3/H2选择性在0.1MPa时约为13.1。
金属有机框架材料(MOF)具有高孔隙率、大比表面积、孔尺寸可调、热稳定性优异等优势，可为气体传输提供快速通道或实现分子筛分等，在气体分离方面受到极大关注。离子液体由于其蒸汽压极低、结构可设计、可再生循环、气体亲和性高等特点，是一种具有良好应用前景的分离介质，且离子液体引入聚合物膜材料中，具有调控膜材料微观结构、提高气体溶解度、促进气体分子扩散、改善界面相容性等作用，有利于获得性能优异的膜分离材料。
基于上述分析，本发明结合离子液体、金属有机框架材料及膜分离技术三者优势，开发了一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法。将金属有机框架材料分散到易成膜的聚合物基质中，同时引入质子型离子液体，制备出相容性良好的新型离子液体混合基质膜。在离子液体的质子氢位点及金属有机框架材料的开放金属位点的协同作用下,使氨气优先透过膜，实现含氨气体的分离。该方法在分离含氨气体时具有分离效率高、流程简单、操作灵活方便、无相变及化学污染等优势，是一种极具应用前景的氨分离回收新技术，适用于不同来源、不同浓度含氨气体的净化分离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种协同质子型离子液体及金属有机框架材料的新型混合基质膜高效分离含氨气体的方法。
本发明所述方法中的离子液体混合基质膜由质子型离子液体、金属有机框架材料和聚合物构成，通过质子型离子液体质子氢位点、金属有机框架材料的开放金属位点对氨气的优先作用，实现含氨气体中氨的高选择性分离。
本发明所述的离子液体混合基质膜，由一定比例的质子型离子液体、金属有机框架材料及嵌段聚醚酰胺聚合物制得，其中质子型离子液体的质量百分数为15-50％，金属有机框架材料的质量百分数为0.5-8％。
本发明所述的质子型离子液体的结构式如下：
结构式中R1为CmH2m+1或CmH2mOH(m为整数，0≤m≤8)，R2为H，CH3或C2H5，但不局限于上述咪唑类质子型阳离子。
所述质子型离子液体的阴离子X-为NO3 -、SCN-、PF6 -、BF4 -、HSO4 -、CF3COO-、CF3SO3 -、(CF3SO2)2N-。
本发明所述的金属有机框架材料为CuBTC,ZIF-8和Mg-MOF-74。
本发明所述的聚合物为嵌段聚醚酰胺(Pebax1657和Pebax2533)。
本发明所述的离子液体混合基质膜置于气体分离膜评价装置，测试气体由膜的一侧渗透到另一侧，进气压力为0.01-3MPa，优选0.1-0.5MPa；测试温度为10-120℃，优选25-60℃。
本发明所述的离子液体混合基质膜适用于化学气相沉积炉尾气、氨基酸尾气、合成氨驰放气、钼酸铵尾气等不同来源、不同浓度的含氨气体。与现有技术相比，本发明所述的离子液体混合基质膜兼具有高氨气渗透性、分离选择性和良好的稳定性。采用离子液体混合基质膜分离含氨气体的方法具有流程简单、分离效率高、易于操作、环境友好等优点，是一种极具前景的含氨气体分离回收新技术。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作更为详细的描述，但本发明并不限于以下实施例，在不脱离前后所述的范围内，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
以质量比为7:3的乙醇/去离子水为混合溶剂，在80℃下冷凝回流6h，获得质量浓度为8％的Pebax1657的膜液。称取0.8g的离子液体[Bim][NTf2]，加入至10g上述Pebax1657膜液，搅拌1h后，加入0.024g的CuBTC，继续搅拌2h超声30min，如此重复循环3次，将所得膜液倒于洁净的模具，常温常压下挥发溶剂后，60℃真空干燥，得到[Bim][NTf2]/CuBTC/Pebax1657膜。
将制备得到的[Bim][NTf2]/CuBTC/Pebax1657膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，进气压力为0.1MPa，测试温度为25℃，进料侧气体渗透至膜池下腔，检测下腔压力随时间的变化，计算得NH3渗透性为3680.0barrer，NH3/N2分离选择性为530.1，NH3/H2选择性为94.2氨尾气由硫酸溶液吸收。
实施例2
以质量比为7:3的乙醇/去离子水为混合溶剂，在80℃下冷凝回流6h，获得质量浓度为8％的Pebax1657的膜液。称取0.4g的离子液体[Mim][NTf2]，加入至10g上述Pebax1657膜液，搅拌1h后，加入0.08g的ZIF-8，搅拌2h超声30min，如此重复循环3次，将所得膜液倒于洁净的模具，常温常压下挥发溶剂后，60℃真空干燥，得到[Mim][NTf2]/ZIF-8/Pebax1657膜。
将制备得到的[Mim][NTf2]/ZIF-8/Pebax1657膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，进气压力为0.1MPa,测试温度为25℃，进料侧气体渗透至膜池下腔，检测下腔压力随时间的变化，计算得到NH3渗透性为1261.3barrer，NH3/N2分离选择性为463.0，NH3/H2选择性为75.8，氨尾气由硫酸溶液吸收。
实施例3
以质量比为7:3的乙醇/去离子水为混合溶剂，在80℃下冷凝回流6h，获得质量浓度为8％的Pebax1657的膜液。称取0.64g的离子液体[Bim][NO3]，加入至10g上述Pebax1657膜液，搅拌1h后，加入0.024g的Mg-MOF-74，搅拌2h超声30min，如此重复循环3次，将所得膜液倒于洁净的模具，常温常压下挥发溶剂后，60℃真空干燥，得到[Bim][NO3]/Mg-MOF-74/Pebax1657膜。
将制备得到的[Bim][NO3]/Mg-MOF-74/Pebax1657膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，进气压力为0.1MPa，测试温度为60℃，进料侧气体渗透至膜池下腔，检测下腔压力随时间的变化，计算得到NH3渗透性为2606.54barrer，NH3/N2分离选择性为140.08，NH3/H2选择性为43.08，氨尾气由硫酸溶液吸收。
实施例4
以质量比为7:3的乙醇/去离子水为混合溶剂，在80℃下冷凝回流6h，获得质量浓度为8％的Pebax1657的膜液。称取0.8g的离子液体[EtOHim][NTf2]，加入至10g上述Pebax1657膜液，搅拌1h后，加入0.024g的Mg-MOF-74，搅拌2h超声30min，如此重复循环3次，将所得膜液倒于洁净的模具，常温常压下挥发溶剂后，60℃真空干燥，得到[EtOHim][NTf2]/Mg-MOF-74/Pebax1657膜。
将制备得到的[EtOHim][NTf2]/Mg-MOF-74/Pebax1657膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，进气压力为0.1MPa，测试温度为25℃，进料侧气体渗透至膜池下腔，检测下腔压力随时间的变化，计算得到NH3渗透性为3596.15barrer，NH3/N2分离选择性为1400.82，NH3/H2分离选择性为165.1，氨尾气由硫酸溶液吸收。
实施例5
以质量比为7:3的乙醇/去离子水为混合溶剂，在80℃下冷凝回流6h，获得质量浓度为8％的Pebax1657的膜液。称取0.48g的离子液体[Mim][NTf2]于样品瓶中，加入至10g上述Pebax1657膜液，搅拌1h后，后加入0.024g的CuBTC，搅拌2h超声30min，如此重复循环3次，将所得膜液倒于洁净的模具，常温常压下挥发溶剂后，60℃真空干燥，得到[Mim][NTf2]/CuBTC/Pebax1657膜。
将制备得到的[Mim][NTf2]/CuBTC/Pebax1657膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，进气压力为0.3MPa，测试温度为25℃，进料侧气体渗透至膜池下腔，检测下腔压力随时间的变化，计算得到NH3渗透性为4150.9barrer，NH3/N2分离选择性为2392.6，NH3/H2分离选择性为263.5，氨尾气由硫酸溶液吸收。
实施例6
以乙醇为溶剂，在80℃下冷凝回流2h，获得质量浓度为8％的Pebax 2533的膜液。称量取0.8g的离子液体[Eim][NTf2]，加入至10g上述Pebax2533膜液，搅拌1h后，加入0.08g的ZIF-8，搅拌2h超声30min，如此重复循环3次，将所得膜液倒于洁净的模具，常温常压下挥发溶剂后，60℃真空干燥，得到[Eim][NTf2]/ZIF-8/Pebax2533膜。
将制备得到的[Eim][NTf2]/ZIF-8/Pebax2533膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，进气压力为0.1MPa，测试温度为25℃，进料侧气体渗透至膜池下腔，检测下腔压力随时间的变化，计算得到NH3渗透性为7502.01barrer，NH3/N2分离选择性为622.56，NH3/H2分离选择性为127.29，氨尾气由硫酸溶液吸收。
Claims (3)
1.一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法，其特征在于，离子液体混合基质膜由质子型离子液体、金属有机框架材料与聚合物制备而成，将所制膜材料置于气体分离评价装置的膜池中，通过利用离子液体混合基质膜中金属有机框架材料的开放金属位点、质子型离子液体的氢键作用位点使氨气优先从进气侧透过膜至另一侧，从而实现含氨气体中氨的高效分离；
所述质子型离子液体的结构式如下：
结构式中R1为CmH2m+1或CmH2mOH，其中m为整数，0≤m≤8，R2为H、CH3或C2H5；阴离子X-为NO3 -、SCN-、PF6 -、BF4 -、HSO4 -、CF3COO-、CF3SO3 -或(CF3SO2)2N-；
所述金属有机框架材料为CuBTC、ZIF-8或Mg-MOF-74中的任意一种；
所述聚合物为嵌段聚醚酰胺Pebax1657或Pebax2533；
所述离子液体混合基质膜中质子型离子液体的质量百分数为15-50%，金属有机框架材料的质量百分数为0.5-8%。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述离子液体混合基质膜置于气体膜分离评价装置的膜池中，测试气体由膜材料的一侧渗透至另一侧，进气压力为0.01-3MPa，分离温度为10-120℃。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述离子液体混合基质膜适用于不同浓度的含氨气体，可实现氨的高效分离与回收。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111584230.3A CN114272726B (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111584230.3A CN114272726B (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114272726A CN114272726A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114272726B true CN114272726B (zh) | 2023-01-17 |
Family
ID=80874015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111584230.3A Active CN114272726B (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114272726B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115121135B (zh) * | 2022-06-20 | 2024-02-27 | 西安交通大学 | 一种混合基质膜及其制备方法和应用以及一种空分制氮装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105582823A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-18 | 南京工业大学 | ZIF-8/聚醚-b-聚酰胺混合基质膜及其制备和应用 |
| CN111467933B (zh) * | 2019-01-23 | 2021-09-07 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种多位点质子型离子液体复合膜选择性分离氨气的方法 |
| CN112191111B (zh) * | 2019-07-08 | 2022-06-28 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种离子液体/金属有机框架zif-8复合膜及其制备方法和应用 |
| KR20220044522A (ko) * | 2019-08-15 | 2022-04-08 | 누맷 테크놀로지스, 인코포레이티드 | 물에 안정적인 구리 외륜 금속 유기 골격체(ｍｏｆ) 조성물 및 ｍｏｆ 조성물을 사용하는 방법 |
| CN111659269A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-15 | 太原理工大学 | 一种zif-8/功能性离子液体膜分离材料的制备方法和应用 |
| CN113546522B (zh) * | 2021-08-10 | 2022-07-26 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 一种强化Pebax混合基质膜的制备方法 |
-
2021
- 2021-12-22 CN CN202111584230.3A patent/CN114272726B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114272726A (zh) | 2022-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112679731B (zh) | 一类含有磺酸基团的共价有机框架材料及其制备和应用 | |
| EP2796183A1 (en) | Method for capturing carbon dioxide in power station flue gas and device therefor | |
| CN110141935B (zh) | 一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系及应用 | |
| CN103894160B (zh) | 一种二氧化碳固体吸收剂及其制备方法 | |
| CN101760270A (zh) | 脱除并回收天然气中co2的方法 | |
| CN114272726B (zh) | 一种基于离子液体混合基质膜高效分离含氨气体的方法 | |
| CN109173598B (zh) | 利用复合溶剂回收粘胶纤维废气中cs2的方法 | |
| CN115282732A (zh) | 一种含哌嗪的醇胺型多相co2吸收剂及其制备方法、应用 | |
| CN111467933B (zh) | 一种多位点质子型离子液体复合膜选择性分离氨气的方法 | |
| CN109513313A (zh) | 一种二氧化碳捕集溶剂的低温催化再生方法 | |
| CN110801710B (zh) | 一种气体捕集剂及其制备方法和应用 | |
| CN103113947A (zh) | 一种沼气分离净化装置及其碱法吸收co2净化沼气的方法 | |
| CN111821812A (zh) | 一种co2的吸收剂及其合成与应用 | |
| CN115253714B (zh) | 一种掺杂二硫化钼纳米片改性材料的混合基质膜及其制备方法和应用 | |
| CN103357248A (zh) | 基于膜接触器捕获烟气二氧化碳的复配吸收剂及使用方法 | |
| CN103752143A (zh) | 一种高温有机溶剂废气处理装置 | |
| CN103894150B (zh) | 一种用于油水分离的炭膜的制备方法 | |
| CN203474745U (zh) | 一种沼气膜分离脱碳装置 | |
| CN203212538U (zh) | 一种沼气分离净化装置 | |
| CN111389369A (zh) | 一种金属有机框架介孔材料的合成方法及其在co2吸附中的应用 | |
| US20230264141A1 (en) | Method for the bonding, transport, reaction activation, conversion, storage and release of water-soluble gases | |
| WO2021031675A1 (zh) | 一种改性多孔膜材料、制备方法以及二氧化碳的液膜分离方法 | |
| CN214182532U (zh) | 一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置 | |
| CN105727764B (zh) | 光聚合改性的聚烯丙基胺固载膜及其制备方法 | |
| CN112755801A (zh) | 一种混合基质膜材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |