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          一種具有優異選擇性分離膜實現從天然氣中脫除硫化氫

          發表日期:2019-06-05 10:20文章編輯:國初科技瀏覽次數: 標簽:    

           據高分子科學前沿微信公眾平臺2019年5月30日訊 天然氣作為一種新型能源在近年來受到了廣泛關注。據報道,全球范圍內天然氣的儲量豐富,但自然開采的天然氣中常常含有硫化氫(H2S)和二氧化碳(CO2)等酸性氣體組分,在中東某些地區(如卡塔爾和沙特阿拉伯),天然氣中硫化氫的含量甚至高達15~20mol%,嚴重污染環境,因而對于這些酸性氣體與甲烷(CH4)間的高效選擇性分離顯得尤為重要。目前,工業上對于該類氣體的分離主要采用化學吸收法,操作簡單,適用于大規模生產,但這種方法工藝維護成本高,效率低。近年來,隨著膜分離技術的興起,許多聚合物薄膜已用于從氣流中脫除二氧化碳,但對于分離脫除硫化氫的報道較少,此外,高性能聚合物氣體分離膜也需要具備較高的分離效率和氣體滲透性。
            基于此背景,近日,美國佐治亞理工學院的威廉·科羅斯(William J. Koros)教授聯合沙特阿拉伯國王科技大學的英戈·平諾(Ingo Pinnau)教授在國際著名刊物《Science Advances》上發表了名為“Ultraselective glassy polymer membranes with unprecedented performance for energy-efficient sour gas separation”的論文。兩位學者及其團隊報道了具有高度剛性和扭曲主干結構的玻璃態自聚微孔的梯形聚合物(polymers of intrinstic microporosity, PIMs-1),并對其進行酰胺肟官能團改性得到(amidoxime-functionalized PIM-1, AO-PIM-1),用于氣體分離,該系列濾膜展現出了優異的對二氧化碳和硫化氫的滲透性和選擇性,同時,在長時間連續的氣體分離作業中仍然能保持優異的二氧化碳和硫化氫的滲透性和選擇性。對比于以報道或商用體系有較大的優勢,如圖1所示。

           

          2019-05-31-20.jpg

          圖1.(A) PIM-1和AO-PIM-1的化學結構;(B) AO-PIM-1中的空隙分布;(C) PIM-1和AO-PIM-1的CO2/CH4氣體分離性能及其與報道體系對比;(D) PIM-1和AO-PIM-1的H2S/CH4氣體分離性能及其與報道體系對比;(E) AO-PIM-1連續進料情況下對氣體的滲透性;(F) AO-PIM-1連續進料情況下對氣體的選擇性。


            作者進一步調節進料壓力,選擇分離的混合氣體的成分為20% H2S、20% CO2和60% CH4。結果表明,在35℃,進料壓力為77bar時,AO-PIM-1濾膜對H2S/CH4的選擇性高達75%,對于H2S的滲透性超過4000 Barrers,展現出了極為優異的氣體分離性能,同時濾膜具有優異的熱穩定性,有望應用于天然氣的雜質組分處理等相關領域。

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