[發(fā)明專利]一種基于酚醛樹脂基碳管為支撐體的復(fù)合分子篩碳膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN112619442B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳歷斌;王月梅;孔德金
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D69/10;B01D71/02;B01D67/00;B01D53/22;C01B13/02
• 代理公司: 北京知舟專利事務(wù)所(普通合伙) 11550
• 代理人: 鮮瑩

本發(fā)明公開一種基于酚醛樹脂基碳管為支撐體的復(fù)合分子篩碳膜及其制備方法。所述復(fù)合分子篩碳膜包括碳管支撐體和碳膜分離層，碳膜分離層附著在碳管支撐體的外表面或內(nèi)表面上，所述碳管支撐體為含碳的多孔管狀結(jié)構(gòu)，平均孔徑為0.05～0.5μm、孔隙率為20～80％、所述碳膜分離層的碳膜平均孔徑小于10nm、孔隙率為20～40％，所述碳管支撐體和碳膜分離層同為碳材質(zhì)。本發(fā)明由于碳管支撐體前驅(qū)體與分離層前驅(qū)體共同經(jīng)歷固化和碳化處理，獲得同為碳材質(zhì)的支撐體和分離層，克服了現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合碳膜中因兩相間隙導(dǎo)致膜性能下降的問題，制備工藝簡單、工藝參數(shù)可控，在制備成本節(jié)約近50％、在膜性能的滲透通量提高大于20％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)中的膜制備及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種基于酚醛樹脂基碳管為支撐體的復(fù)合分子篩碳膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳膜通常由有機前驅(qū)體經(jīng)適當(dāng)方式(如旋涂、刮膜、浸漬、擠出、沉積)成膜、碳化、活化等步驟而形成的一種多孔膜。從分離機理而言，碳膜和有機膜不盡相同。對于有機膜，通常用傳統(tǒng)的溶解-擴散機理來解釋其分離特性。氣體或液體在碳膜中的分離，則普遍認為是利用組分的不同傳質(zhì)特性來完成。由于氣體、液體及其混合物，在碳膜微孔中具有不同的傳質(zhì)機理和擴散速度，從而實現(xiàn)其對待分離組分的分離。由此可見，碳膜豐富的孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布，是其應(yīng)用于膜分離領(lǐng)域，實現(xiàn)高效、快速、低能耗分離的根本原因。

碳膜的孔結(jié)構(gòu)和孔徑大小對膜性能影響巨大，因為平均孔徑不同，起主導(dǎo)作用的分離機理也有所不同，從而表現(xiàn)出不同的分離特性。膜孔徑的范圍從數(shù)百nm直到數(shù)nm，傳質(zhì)控制機理主要為knudsen擴散和表面擴散。如果膜孔徑進一步降低，當(dāng)孔徑降低到數(shù)nm以下，特別是2nm以下時，膜分離機理將以分子篩分機理為主。此時，膜孔徑的大小及其分布將對膜的分離特性產(chǎn)生更為重要的影響。習(xí)慣上將膜孔徑低于數(shù)nm、且其分離機理以分子篩分為主的這種碳膜稱為分子篩碳膜。分子篩碳膜具有比普通有機膜及無機膜高得多的分離率(Koresh J etc,Sep SciTechnol,1987,22(2):973)，因而引起科研人員的極大興趣。

但是，相比于有機膜，分子篩碳膜的制備過程要復(fù)雜得多(除了用聚合物前驅(qū)體制成有機膜，還需進行高溫碳化將其轉(zhuǎn)為無機碳膜、再活化調(diào)節(jié)孔結(jié)構(gòu)和形態(tài))，而且制備過程中影響因素錯綜復(fù)雜(碳化溫度、保溫時間、活化氣氛等)，導(dǎo)致分子篩碳膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)也異常復(fù)雜。更為重要的是，碳膜材料本身較脆，制備與加工時很容易出現(xiàn)碎裂、粉化等現(xiàn)象，導(dǎo)致成品率低、成本居高。上述困難，對于選擇最佳碳膜構(gòu)型、最佳制膜條件，控制膜結(jié)構(gòu)、調(diào)控膜性能，開發(fā)出分離性能優(yōu)異、加工性能良好的碳膜，增加了許多困難，也是分子篩碳膜走向規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用過程存在的巨大挑戰(zhàn)。