[發明專利]具有提高的滲透率的復合納米顆粒穩定化的芯碳分子篩中空纖維膜

有效

• 申請號: 201580063250.2
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN106999861B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: W·J·柯樂斯;K·張
• 申請（專利權）人: 喬治亞技術研究公司
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 胡春光;張穎玲

1.一種用于制備不對稱多層碳分子篩(CMS)中空纖維膜的方法，所述方法包括：

a.將芯紡液和鞘紡液經由噴絲頭共擠出以產生至少一個多層CMS膜前體纖維，

其中所述芯紡液包含第一聚合物、第一溶劑以及多個納米顆粒，其中所述多個納米顆粒包含粒徑低于500nm的具有硅烷涂層的二氧化硅納米顆粒，并且

其中所述鞘紡液包含第二聚合物和第二溶劑；以及

b.將所述至少一個多層CMS膜前體纖維熱解以形成不對稱多層CMS中空纖維膜。

2.如權利要求1所述的方法，其中所述多個納米顆粒的濃度和類型被選擇以獲得具有所期望的氣體滲透率和選擇性的組合的不對稱多層CMS中空纖維膜。

3.如權利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物是相同的聚合物。

4.如權利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物是不同的聚合物。

5.如權利要求4所述的方法，其中所述第一聚合物具有Tg并且所述第二聚合物具有等于或大于所述第一聚合物的Tg的Tg。

6.如權利要求4所述的方法，其中所述第一聚合物具有Tg并且所述第二聚合物具有等于或低于所述第一聚合物的Tg的Tg。

7.如權利要求1所述的方法，其中所述芯紡液中的所述多個納米顆粒是疏水的。

8.如權利要求1所述的方法，其中所述芯紡液中的所述多個納米顆粒是多面體低聚倍半硅氧烷(“POSS”)二氧化硅納米顆粒。

9.如權利要求1所述的方法，其中芯層中的所述納米顆粒比二氧化硅納米顆粒更具熱穩定性并且可以被分散以形成穩定的芯紡液。

10.如權利要求1至9中任一項所述的方法，其中所述至少一個CMS膜前體纖維包含具有基本上環形橫截面的芯層和具有基本上環形橫截面的鞘層，所述鞘層與所述芯層相鄰并且從所述芯層徑向向外，其中所述芯層包含所述芯紡液中的所述多個納米顆粒中的至少一些，并且其中所述芯層包含以聚合物重量計25重量％至40重量％的納米顆粒。

11.如權利要求1至9中任一項所述的方法，其中所述至少一個CMS膜前體纖維包含具有基本上環形橫截面的芯層和具有基本上環形橫截面的鞘層，所述鞘層與所述芯層相鄰并且從所述芯層徑向向外，其中所述芯層包含來自所述芯紡液的所述多個納米顆粒中的至少一些，并且其中所述芯層包含以聚合物重量計10重量％至25重量％的納米顆粒。

12.如權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括在將所述CMS中空纖維膜前體熱解之前，使所述CMS中空纖維膜前體與一種或多種溶劑交換材料接觸，所述一種或多種溶劑交換材料包含有效提高所述不對稱多層CMS中空纖維膜的氣體滲透率的量的改性劑。

13.如權利要求12所述的方法，其中所述改性劑是硅烷。

14.如權利要求13所述的方法，其中所述改性劑是乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

15.一種用于制備多層中空纖維膜的方法，所述方法包括：

a.將芯紡液和鞘紡液經由噴絲頭共擠出以產生至少一個多層中空纖維膜前體，

其中所述芯紡液包含第一聚合物、第一溶劑以及多個納米顆粒，其中所述多個納米顆粒包含粒徑低于500nm的具有硅烷涂層的二氧化硅納米顆粒，并且

其中所述鞘紡液包含第二聚合物和第二溶劑，其中所述第二聚合物是可熱重排聚合物；以及

b.在約270℃至約450℃的溫度加熱所述多層中空纖維膜前體約1小時至4小時的一段時間以形成不對稱復合熱重排中空纖維膜。