化石燃料的燃燒導(dǎo)致地球大氣中CO₂濃度的增加，**變暖已成為主要的環(huán)境問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)**的CO₂捕集工藝具有重要的研究意義。目前CO₂分離技術(shù)主要有吸收、吸附、低溫分離和膜分離。在這些技術(shù)中，由于具有低能耗、高熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，聚合物膜被廣泛用于O₂/N₂、H₂/N₂、He/N₂、H₂/CH₄和CO₂/CH₄的氣體混合物分離。但膜的工業(yè)應(yīng)用卻受到聚合物膜反滲透和選擇性的限制。因此，各種用于提高氣體分離聚合物膜的性能的方法被提出來(lái)，其中接枝法是能**改善聚合物膜的性能的方法之一。

聚氯乙烯(PVC)是一種具有良好化學(xué)強(qiáng)度的耐用柔性聚合物，由于其聚合物鏈的低流動(dòng)性而具有較低的氣體滲透能力。因此，盡管PVC在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但PVC膜在氣體分離方面的應(yīng)用并不常見(jiàn)。但如果將PVC膜進(jìn)行改性，就有可能獲得高氣體滲透性的膜。

基于此，大不里士大學(xué)的Abbas Mehrdad等人通過(guò)接枝1-乙烯基-3-丁基咪唑溴鹽([VBIm][Br])，1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸鹽([VBIm][BF₄])，1-乙烯基-3-丁基咪唑硫氰酸鹽[VBIm][SCN]對(duì)PVC改性，提高了PVC膜的透氣性，并用于分離CO₂/CH₄混合氣體。

圖1. 合成示意圖

（圖片來(lái)源：Separation and Purification Technology）

研究人員通過(guò)紅外光譜對(duì)所合成的離子液體聚合物進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)在2965cm^-1、1640–1730?cm^?1、1519 ?cm^?1處的吸收峰分別為咪唑環(huán)上的C-H、C=C、C=N伸縮振動(dòng)，這也說(shuō)明了該聚合物的成功合成。并且元素分析儀測(cè)試表明該聚合物的接枝率接近3.7％。

圖2. 不同陰離子對(duì)CO₂和CH₄透過(guò)離子膜的影響

（圖片來(lái)源：Separation and Purification Technology）

研究人員發(fā)現(xiàn)PVC[VBIm][X]離子膜對(duì)CO₂的滲透性高于CH₄氣體，這可能是由于擴(kuò)散和溶解度系數(shù)的差異。然而，CO₂和CH₄的動(dòng)力學(xué)直徑的差異較小。因此，可以認(rèn)為氣體的溶解是膜滲透的主要機(jī)制。

圖3. 溫度對(duì)氣體選擇性的影響

（圖片來(lái)源：Separation and Purification Technology）

研究人員對(duì)影響氣體滲透的條件進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著壓力升高CO₂和CH₄的滲透率都降低，但是選擇性有所提升，這也說(shuō)明在較高壓力下，相對(duì)于擴(kuò)散現(xiàn)象，氣體滲透過(guò)程中溶解起著主要作用。研究人員還發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，膜內(nèi)氣體的透過(guò)率增大，然而CO₂/CH₄的選擇性降低。因此，可以在較低的溫度和較高的壓力下獲得更好的氣體選擇性。

圖4. 陰離子對(duì)氣體選擇性的影響

（圖片來(lái)源：Separation and Purification Technology）

此外，研究人員對(duì)陰離子的影響進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)與[Br]^-和[BF₄]^-陰離子相比，[SCN]^-陰離子改性的聚合物膜顯示出更好的CO₂氣體分離性能，這可能是由于CO₂與[SCN]^-陰離子之間具有更強(qiáng)的相互作用。同時(shí)具有不同陰離子[Br]^-、[BF₄]^-和[SCN]^-陰離子的PVC-[VBIm][X]離子聚物膜在分離CO₂/CH₄方面的性能優(yōu)于PVC膜。

綜上所述，研究人員將離子液體聚合物膜用于CO₂/CH₄的混合氣體分離，并且取得了良好效果，有望進(jìn)一步提高其實(shí)用性。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586619307439

原文作者：

Abbas Mehrdad, Narmin Noorani

DOI: 10.1016/j.seppur.2019.05.086