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CO2 分離膜制備技術

?成果與項目的背景及主要用途：用于 CO2 分離的膜技術在天然氣、沼氣的凈化，三次采油中的 CO2 回收，密閉空間中的 CO2 脫除以及減輕溫室效應等領域有廣闊的應用性前景。與傳統的 CO2 分離技術相比，膜分離方法具有投資少，能耗低，環境友好，設備簡單緊湊、節約空間、高效靈活、易于操作等優點，而且 CO2 濃度越高，膜法分離越經濟，即使 CO2 濃度低于 5%，用膜法的費用也僅為吸收法的 64.7%。 18天津大學科技成果選編 19 可以用于脫除酸性氣體的膜主要有液膜、無機膜和高分子膜，實際應用中滿足氣體分離要求的目前只有高分子膜。但普通的高分子膜也存在高的滲透性和選擇性不能兼得的缺點。含有固定載體的促進傳遞膜兼具液膜和普通高分子膜的優勢，能同時具有高的分離系數和透過速率，而且穩定性好，是一類很有發展前途的氣體分離膜，已引起國際上研究者們的極大關注。技術原理與工藝流程簡介：本研究成果合成了幾種對 CO2 具有促進傳遞作用的固定載體膜材料，通過載體與 CO2 的相互作用促進 CO2 在膜內的傳遞，因而具有較高的滲透選擇性。同時由于載體是以化學鍵固定在高分子上，因此具有很好的穩定性。本成果以自主開發的固定載體膜材料為分離層，以多種材質的超濾膜為基膜，制備了用于 CO2 分離的固定載體復合膜。所研制的復合膜，其 CO2/CH4 透過分離性能處于世界領先水平。技術水平及專利與獲獎情況：所制備的固定載體復合膜 CO2/CH4 分離因子可達 100～300，CO2 滲透速率可達 10-6～10-5 cm3(STP)/cm2·s·cmHg。本研究成果共獲得發明專利 3 項，分別為： 1. 用于酸性氣體分離的固定載體復合膜制備方法（專利號：ZL02148632.8） 2. CO2 氣體分離復合膜的制備方法（專利號：01144974.8） 3. 用于分離酸性氣體的固定載體復合膜制備方法（專利號：ZL02158530.X）本成果與所在課題組其他成果一起，獲 2004 年度天津市自然科學獎一等獎應用前景分析及效益預測：本研究成果所開發的 CO2 分離膜制備技術其經濟效益是明顯的。首先，采用 CO2 膜分離可以降低我國能源生產的成本。我國目前的天然氣產量已經超過 300 億 m3，若其中的 10%以膜分離方法來進行凈化，則需要約 12 萬 m2 的膜才能滿足需要，與傳統方法相比每年可節約 4000 萬元。此外，由于可持續發展和環境保護的需要，采用城市生活垃圾和其他工業垃圾生產沼氣近年來得到了迅速發展。至今，我國已建設了大中型沼氣池 3 萬多個，總容積超過 137 萬 m3，年產沼氣 5.5 億 m3，采用膜分離技術處理這些沼氣也需要大量的 CO2 分離膜。最后，隨著海上油氣資源的開發以及農業生產中氣肥的大量使用，對 CO2 分離膜的需求和產生的效益也很大。天津大學科技成果選編應用領域： 1. 天然氣、沼氣的凈化； 2. 三次采油中的 CO2 回收； 3. 密閉空間中的 CO2 脫除； 4. 農業生產中氣肥的使用。該項目需要以下條件： 1. 聚合物合成的相關設備及原料：反應釜，冷卻裝置等。 2. 復合膜加工設備及原料：涂膜機，干燥器，膜交聯設備，交聯劑等。 3. 膜組件加工設備及原料。 4. 需要廠房面積大于 1000m2。合作方式及條件：由天津大學提供膜材料合成、復合膜制備、交聯等相關技術，由合作方提供廠房、設備、原材料及相關的人員配套。

天津大學 2021-04-11

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