[發(fā)明專利]金屬有機骨架聚合物混合基體膜

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080055647.4
• 申請日: 2010-12-06
• 公開（公告）號: CN102652035A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·R·維利斯
• 申請（專利權(quán)）人: 環(huán)球油品公司
• 主分類號: B01D71/00
• 分類號: B01D71/00;B01D69/00;B01D67/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

要求早期國家申請的優(yōu)先權(quán)

本申請要求提交于2009年12月15日的臨時申請No.61/286,435的優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容引入本文作為參考。

發(fā)明背景

本發(fā)明涉及金屬有機骨架(MOF)在混合基體膜中的用途。更特別地，本發(fā)明涉及提供提高的氣體分離，包括分離二氧化碳和甲烷的具體設(shè)置的MOF的用途。

由于約20年前引入首次基于膜的工業(yè)氫分離方法，用膜分離氣體的方法經(jīng)歷了主要的發(fā)展。新材料和有效方法的設(shè)計將在接下來的十年內(nèi)進一步推進膜氣體分離方法。

由對具有高滲透性和高選擇的材料潛在用作氣體分離膜的研究驅(qū)使測量了許多玻璃狀和橡膠狀的聚合物的氣體運輸性能。不幸地，用于氣體分離應(yīng)用的新型膜的發(fā)展中的重要限制為熟知的滲透性與選擇性之間的折衷。通過比較數(shù)百個不同聚合物的數(shù)據(jù)，Robeson表示選擇性和滲透性似乎以隨著滲透性降低，選擇性增加，反之亦然的關(guān)系彼此聯(lián)系不可分離。

盡管集中努力以調(diào)整聚合物結(jié)構(gòu)而改善分離性能，現(xiàn)有的聚合物膜材料似乎達到產(chǎn)率與選擇性之間的折衷的限制。例如許多聚酰亞胺和聚醚酰亞胺玻璃狀聚合物(如Ultem?1000)具有比乙酸纖維素(22)高得多的固有CO₂/CH₄選擇性(α_CO2/CH4)(30，在50°C和100psig下)，其對實際氣體分離應(yīng)用更具吸引力。然而，這些聚合物與目前工業(yè)乙酸纖維素膜產(chǎn)品相比不具有對工業(yè)化具有吸引力的優(yōu)異的滲透性，與Robeson報道的折衷關(guān)系一致。

為了提高膜的選擇性和滲透性，在近年來開發(fā)了混合的基體膜(MMM)。迄今為止，幾乎所有在文獻中報道的MMM為包含不溶性固體區(qū)域(如包埋在聚合物基體中的分子篩或碳分子篩)的混雜膜。例如參見US?6,626,980；US?7,109,140；US?7,268,094；US?6,562,110；US?6,755,900；US?6,500,233；US?6,503,295和US?6,508,860。這些MMM兼有聚合物的低成本和容易加工性與由分子篩提供的優(yōu)異的氣體分離性能。與現(xiàn)有聚合物膜相比，這些膜具有實現(xiàn)較高選擇性與相等或更大滲透性的潛力，同時保持其優(yōu)點。與對常規(guī)膜用聚合物的許多研究不同的是，僅一些試圖提高氣體分離膜性能，其中報道了沸石和橡膠狀或玻璃狀聚合物的MMM。這些MMM已顯示出一定前景，但是仍需要前述兼有所需較高選擇性和滲透性目標的改善膜。

在本發(fā)明中，已發(fā)現(xiàn)新型的金屬-有機骨架(MOF)-聚合物或金屬-有機多面體(MOP)-聚合物MMM實現(xiàn)了與乙酸纖維素膜相比顯著提高的氣體分離性能(較高α_CO2/CH4)。