[發(fā)明專利]一種卷式炭膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810012222.X
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN101306327A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王同華;李琳
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D63/10
• 分類號(hào): B01D63/10;B01D69/00;B32B9/00;B32B3/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種膜材料及其制備方法，特別是涉 及到一種卷式炭膜材料及其制備方法。

背景技術(shù)

炭膜是一種新型的分離膜材料，與聚合物膜相比，炭膜具有良好的熱、化 學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)異的氣體滲透性能等多方面的特點(diǎn)。自從1983年以色列人成功制 備出無缺陷的中空纖維炭膜以來，炭膜的研究開發(fā)取得了很大的進(jìn)展，涌現(xiàn)出 許多新型的炭膜前驅(qū)體材料和炭膜材料及制備方法。如Suda和Haraya等人采用 聚酰亞胺為前驅(qū)體制備出了O₂/N₂選擇性高達(dá)36的均質(zhì)炭膜；Foley等人在多孔不 銹鋼管或平板上，以聚糠醇為前驅(qū)體，分別采用超聲波沉積、旋轉(zhuǎn)涂膜、噴涂 等制膜方法制備出納米孔復(fù)合炭膜；Wang?Huanting等人以氧化鋁管作為支撐體， 利用糠醇單體氣相原位聚合制備出復(fù)合炭分子篩膜等等。然而，炭膜至今未能 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，分析其原因是制備的均質(zhì)炭膜氣體通量相對較低，且脆性大， 機(jī)械強(qiáng)度低；而制備的復(fù)合炭膜盡管機(jī)械強(qiáng)度有明顯的提高，但存在著制備工 藝復(fù)雜，采用的支撐體如陶瓷、多孔不銹鋼管或板的價(jià)格高，制造成本高等問 題；并且由于制備的板狀或管狀復(fù)合炭膜組件單位體積內(nèi)的膜面積小，所以單 位炭膜組件的氣體滲透量低，無法與高膜面積的聚合物中空纖維膜競爭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型的卷式炭膜及其制備方法。解決現(xiàn)有均質(zhì) 炭膜機(jī)械強(qiáng)度差，平板或管狀復(fù)合炭膜制備工藝復(fù)雜，制造成本高，氣體滲透 量低等問題，加快炭膜產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。

本發(fā)明所提供的一種卷式炭膜及其制備方法的技術(shù)方案包括：

(1)卷式炭膜由一層融為一體可卷曲的膜層構(gòu)成，是由多孔支撐體和充滿其表 面、孔隙、縫隙中含有填充物的炭材料組成或由炭薄膜組成，具有發(fā)達(dá)的孔隙 結(jié)構(gòu)和很高的機(jī)械強(qiáng)度及韌性，可直接分離含有不同分子尺寸的氣體或液體混 合物；

(2)卷式炭膜也可以由可卷曲的基膜和分離層構(gòu)成或由可卷曲的基膜和過渡層 及分離層構(gòu)成，它們是有機(jī)的結(jié)合在一起；基膜由多孔支撐體和充滿其表面、 孔隙、縫隙中含有填充物的炭材料組成；基膜具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和很高的機(jī) 械強(qiáng)度及韌性，其作用是為過渡層或分離層提供支撐，為氣體或液體分子的擴(kuò) 散提供通道；過渡層是一層中間層，由含有填充物的炭材料組成，其作用是為 分離層提供尺寸較小、分布均勻的孔結(jié)構(gòu)，提高分離層的成膜效果；分離層是 一層很薄的膜，由純炭材料或含有填充物的炭材料組成；分離層具有發(fā)達(dá)、可 區(qū)分小分子氣體的超微孔結(jié)構(gòu)，其作用與篩子一樣分離含有不同分子尺寸的氣 體或液體混合物，允許小尺寸分子通過，阻止大尺寸分子通過；

(3)支撐體是由高強(qiáng)度織布、尼龍過濾網(wǎng)，炭布、炭紙、炭氈、聚合物薄膜、 多孔聚合物網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)、鋁網(wǎng)、鎳網(wǎng)、合金網(wǎng)、銅網(wǎng)或鐵網(wǎng)構(gòu)成；

(4)炭材料是由前驅(qū)體聚合物經(jīng)高溫炭化制成；所述的前驅(qū)體聚合物為聚酰胺 酸、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜酮、聚糠醇、酚醛樹脂、聚偏氯乙烯，聚 偏氟乙烯、聚丙烯腈、各種纖維素、聚砜、聚醚砜等其中的一種；

(5)填充物是由無機(jī)納米粒子、無機(jī)鹽、金屬顆粒、金屬鹽，生物質(zhì)，有機(jī)添 加劑等其中的一種或它們的混合物所組成；

所述的填充物無機(jī)納米粒子為沸石分子篩、多孔炭、SiO₂、TiO₂、ZnO、NiO、 Fe₂O₃、FeO等其中的一種；

所述的沸石分子篩為ZSM-5、β型、Y型、T型、4A、SBA-15、MCM-41 或MCM-48；多孔炭為CMK-3、有序炭、碳納米管、多孔石墨、炭分子篩或活 性炭的一種

所述的填充物金屬顆粒為Ag、Fe、Cu、Pt、Pd、Au，金屬鹽為AgNO₃、 CuNO₃的一種；所述的填充物無機(jī)鹽為碳酸氨、碳酸氫氨、碳酸鈣等其中的一 種；

所述的填充物生物質(zhì)為木屑、木質(zhì)素、稻殼、果殼或秸桿；

所述的填充物有機(jī)添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚胺酯、聚乙烯 醇縮丁醛、ABS、聚乙烯醇等其中的一種；

卷式炭膜的制備方法的技術(shù)方案如下：