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烯烃在化学合成及工业加工方面一直发挥着不可替代的作用,烯烃/烷烃的分离一直是石油化工行业中最重要和最耗能的过程,而且,为了节约资源、保护环境和提高资源利用率,大量稀烯烃也需要高效经济的分离提浓技术加以回收和有效利用,因此长期以来,世界各国都在致力于研究开发高效经济的烯烃/烷烃分离技术,以降低能耗和成本,提高分离效率。目前已开发的气态烯烃和烷烃的分离方法包括冷冻蒸馏、贫油吸收、溶剂抽提和分子筛吸附等,其中以冷冻蒸馏,即深冷分离法应用最广,然而此分离方法高成本且高能耗,因为烷烃与相对应的烯烃有相近的挥发性,因此急需高效、经济的分离提浓技术。据美国能源部估算,美国每年在烯烃—烷烃分离过程中需耗费约1.3×1014KJ的能量。 在本文中,研究开发创新性的负载离子液体膜,即对烯烃有良好选择扩散性的离子液体负载于陶瓷膜上,利用离子液体对烷烃与烯烃选择性的不同,实现高效、低能耗的烯烃与烷烃分离。 以异丙醇铝为原料,经溶胶凝胶法制得Y-Al2O3陶瓷膜。优化条件是:85℃硝酸解胶,90℃搅拌回流10个小时,加入溶胶总质量的1wt%的聚乙烯醇(PVA),两次涂膜-干燥,一次烧结。经扫描电镜(SEM)表征,Y-Al2O3陶瓷膜表面光滑连续,无缺陷,膜厚4.5μm左右,且与支撑体结合较好。Y-Al2O3膜孔径分布3～7 nm,分布较窄。 以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,经溶胶凝胶法制得SiO2陶瓷膜。优化条件是:溶胶制备过程中添加甲基三乙氧基硅烷(MTES),二步法(分两次加入酸),多次涂膜一干燥,一次烧结。经SEM表征,SiO2膜表面光滑完整,无缺陷,膜厚在600 nm左右,且与Y-Al2O3膜结合较好。SiO2膜孔径约为1.8 nm。 将不同的离子液体涂在陶瓷膜上,制备得到的负载离子液体膜并将其用于烯烃/烷烃的分离实验。比较不同的离子液体及温度对烯烃/烷烃混合气体分离结果;考察负载离子液体膜稳定性因素,考查不同材料的纳滤陶瓷膜即膜孔径的大小对分离结果的影响;分析选择分类烯烃的机理,提出合理的建议。比较了不同的离子液体及温度对烯烃/烷烃混合气体分离结果;考察负载离子液体膜稳定性因素及不同材料的纳滤陶瓷膜即膜孔径的大小对分离结果的影响。结果表明,银离子与烯烃能形成可逆的络合分离,含Ag+离子液体Ag(l)/N,N-二甲基苯甲酰胺双三氟甲磺酰亚胺盐[Ag(DMBA)2+Tf2N]对烯烃具有优异的选择分离特性,分离因子趋近无穷大;温度升高,通量增大;在室温23℃下,不同纳滤陶瓷膜材料(Y-Al2O3、SiO2)负载离子液体,Y-Al2O3纳滤陶瓷膜分离效率比SiO2纳滤陶瓷膜负载同样离子液体效率略高。经过24h的实验测定,负载离子液体膜分离性能稳定。负载银基离子液体膜的烯烃/烷烃分离过程,有望成为分离轻质烯烃/烷烃的有效途径。