技術領域

本發明涉及一種分離氣體的膜及其制備方法，特別是涉及一種分離CH₄/CO₂氣體的二氧化硅膜及其制備方法。

背景技術

目前我國用于分離CH₄/CO₂的工業化方法主要有醇胺溶液吸收法、變壓吸附法和膜分離法，與醇胺溶液吸收法和變壓吸附法相比，膜分離法具有高效、節能等優點。膜法分離氣體的基本原理是以選擇性透過膜為分離介質，在膜兩側一定推動力的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過膜，從而使混合物得以分離，以達到提純、濃縮等目的。二氧化硅膜具有耐高溫、化學穩定性好、機械強度大等優點廣泛應用于氣體分離領域。

二氧化硅膜一般由大孔氧化鋁陶瓷作為支撐體，二氧化硅頂層膜兩部分組成。由于支撐體孔徑較大，如果一開始就用粒度較小的溶膠，粒子會進入支撐體微孔內產生堵塞現象，使有效透過氣體的膜孔徑變小，就會導致擴散阻力加大，滲透通量下降；如果采用多分離層鍍膜技術，涂膜開始采用粒度大的溶膠，在支撐體上構成“過渡層”，以后的幾次涂膜，采用粒度依次減小的溶膠，就能形成較薄的、孔徑細小的分離層，進而能夠提高膜的分離性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種分離CH₄/CO₂氣體的二氧化硅膜及其制備方法。通過對鍍膜工藝的改進以提高二氧化硅膜的氣體分離性能，采用多分離層鍍膜法制備一種用于分離CH₄/CO₂的二氧化硅膜。該方法制備的二氧化硅膜與傳統單種溶膠鍍膜制備的二氧化硅膜相比具有更高的選擇性,多分離層鍍膜工藝對氣體分離效果明顯。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種分離CH₄/CO₂氣體的二氧化硅膜，所述二氧化硅膜以α-Al₂O₃多孔陶瓷支撐體材料和二氧化硅頂層分離膜材料兩層結構組成，α-Al₂O₃多孔陶瓷支撐體平均孔徑100nm，二氧化硅頂層分離膜孔徑分布為18-30nm，平均孔徑21nm。

一種分離CH₄/CO₂氣體的二氧化硅膜制備方法，所述方法由以下步驟制得：

a．支撐體預處理：將α-Al₂O₃支撐體浸入超聲波中用去離子水清洗30min；

b．二氧化硅溶膠制備：將正硅酸乙酯、去離子水、添加劑和助溶劑按比例混合后，滴加催化劑，在70℃的條件下磁力攪拌3h，制得溶膠粒度大小不同的SiO₂溶膠；

c．介孔二氧化硅膜的制備：采用多分離層鍍膜工藝，將制備的二氧化硅溶膠按照粒度依次減小的次序采用Dip-coating法涂于預處理過的α-Al₂O₃支撐體上成膜，干燥、煅燒，將上述鍍膜、干燥、煅燒過程重復4-5次，制得無缺陷介孔二氧化硅膜。

本發明的優點與效果是：

本發明利用該法制備的介孔二氧化硅膜對CH₄、CO₂的氣體滲透實驗，以步驟二制備的介孔二氧化硅膜為膜元件，在0.025MPa的操作壓力下，測定CH₄和CO₂的滲透通量，計算CH₄/CO₂分離因子。本發明的介孔二氧化硅膜，孔徑小，孔徑分布窄，制備過程無需苛刻的條件即可制得無缺陷、氣體分離性能良好的介孔二氧化硅膜，本發明的介孔二氧化硅膜作為膜元件的CH₄/CO₂滲透實驗，CH₄/CO₂分離因子達1.6，已經有了超越努森擴散理論分離因子的趨勢。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細說明。