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用于天然气净化的聚酰亚胺膜-东路环保
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原创2020-06-24 09:11:13 21

包含大量硫化氢(H 2 S)和二氧化碳(CO 2)的天然气被称为酸性气体。在进入管道之前,必须先通过除去其酸性杂质来“加糖”。研究人员在《Angewandte Chemie》杂志上报道,通过微调两种分子组分的比例,可以生产定制的聚酰亚胺膜,该膜可以净化具有多种成分的酸性气体。                                                                                              

天然气的主要成分是甲烷(CH 4)。酸性气体中的H 2 S和CO 2与水分发生酸性反应,使其具有高度腐蚀性。另外,H 2 S剧毒并且存在安全隐患。如今,通常通过非常耗能的化学洗涤来实现脱硫,这对于高浓度的H 2 S和CO 2气体在经济上是不可行的此外,此过程需要大型,复杂的设备,无法在偏远或海上设施中使用。可扩展,经济的膜分离技术是极好的选择。

基于由特殊的含氮和氧基团制成的玻璃状聚酰亚胺聚合物的膜表现出良好的分离效率。然而,缺乏对在H 2 S 存在下聚酰亚胺的结构与其气体传输性质之间的关系的基本理解,这阻碍了先进膜的设计。佐治亚理工学院(美国亚特兰大)的William J. Koros领导的团队现已开始研究此主题。

膜分离基于以下事实:具有较高溶解度的气体更容易通过材料。但是,较小的气体分子也可以更轻松地通过膜扩散。甜味的挑战在于以下事实:CO 2的分离主要依赖于大小差异(CO 2小于CH 4),而大小相似的H 2 S和CH 4的分离取决于溶解度的差异。此外,玻璃状聚酰亚胺膜会吸收更多的溶解气体,从而开始软化。这对于H 2 S 的分离是有利的,但是对于CO 2的分离是不利的

对于他们的实验,研究人员生产了基于6FDA(4,4'-(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸酐的聚酰亚胺。他们使用了两种不同的6FDA结构单元,它们以不同的比例进行聚合。一个结构单元(DAM)引入了庞大的三甲基苯基,可防止聚合物链紧密堆积,这不仅增加了气体渗透性,而且增加了软化的趋势;另一种结构单元(DABA)包含极性的苯甲酸基团,从而收紧了链的堆积,降低了渗透性,但增加了H 2 S的溶解度。

较高比例的DAM会增加对CO 2的渗透性,但也会增加CH 4的渗透性,从而降低选择性。相反,关于H 2 S 的选择性几乎不受影响。包含的DAM越多,聚合物的软化就越多,这对CO 2不利,对H 2 S 有利。通过仔细调整结构单元的相对量,可以平衡聚合物链的堆积和增塑的趋势,生产同时有效分离H 2 S和CO 2的这使得可以针对不同的天然气成分定制膜。                                                                                                                          


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