[發明專利]基于聚(2,5-苯并咪唑)、共聚物和被取代的聚苯并咪唑的聚合物層狀中空纖維膜

在審

• 申請號: 201980069085.X
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN113166538A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 烏爾哈斯·坎海亞拉爾·哈魯爾;哈沙爾·迪利普·喬達里;尼詩納·阿庫坦·肖巴納;尼丁·馬杜卡羅·托拉;薩羅吉·希夫拉姆·加瓦斯;拉瓦尼亞·阿拉迪;謝比卜·哈桑·昆加圖;維頻·庫馬爾
• 申請（專利權）人: 科學與工業研究委員會
• 主分類號: C08L79/00
• 分類號: C08L79/00;C07D235/00;C08G73/00;B01D69/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 譚玲玲

本發明涉及基于聚(2,5?苯并咪唑)(ABPBI)、ABPBI共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的聚合物層狀中空纖維膜及其制備方法。

技術領域

本發明涉及基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的聚合物層狀中空纖維膜。特別地，本發明涉及基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的聚合物層狀中空纖維膜的制備方法。

背景技術和現有技術

無機酸通常用于許多行業，例如鋼鐵、金屬表面處理和精煉(Cr、Ni、Zn、Cu等)、電子、化學制造等。它們在各個階段的加工都會產生大量的酸溶液流。膜技術是最可行的方法；由于其操作簡單、可接受的滲透性質、低能量要求、環境兼容性、易于控制和規模擴大以及大的操作靈活性。然而，聚合物膜的應用受到限制，主要是因為膜對高酸濃度的穩定性差，其他溶質的共運導致選擇性差和膜結垢。此外，微孔平板和中空纖維膜在本領域中是眾所周知的。這種膜通常通過溶液流延法(平板)或通過溶液擠出-沉淀法(中空纖維)制成。由常規聚合物制成的膜不能用于處理含有溶劑、酸或其他刺激性化學物質的進料流。為了克服這些缺點，需要一種有效的膜。

聚苯并咪唑(PBI)是一類由于其高的熱化學和機械穩定性而被廣泛用于不同應用中的聚合物。聚合物主鏈由具有可為聚合物提供出色的剛性的N-H基團的雜芳族片段組成。PBI的這種出色的剛性賦予其在高溫和低溫下保持的能力，這使其成為氣體分離應用的合適候選者。PBI的滲透性和溶解性差導致需要進行結構改性。第一步是用龐大的基團對酸和胺片段進行結構改性，但性能仍未與其他聚合物競爭。通過N-取代進行結構改性是提高滲透性的另一種方法，成功地合成了叔丁基芐基取代的聚合物，其滲透性分別比母體聚合物PBI-BuI和PBI-1高4倍和17倍。這些性質在平板形式(厚度約40-50μm的薄膜)上得到證明。對于氣體分離的實際應用，該膜需要是不對稱的，并在多孔子結構上支撐厚度約10μm的薄皮。這樣，可以在保持表皮層的固有選擇性的同時獲得高通量。由于單體的高成本以及提取更好的膜性能，僅基于PBI制造中空纖維膜沒有實際意義。雙層中空纖維膜可以解決所討論的問題。

與反滲透相比，正滲透過程的能量需要為約10％，并且比壓力驅動膜過程更不容易結垢。在工業應用中，尤其是在制藥和精細化學品中，必須使用有機溶劑。本發明的大多數聚合物膜不能承受有機溶劑。因此，有必要改善膜的溶劑穩定性，這成為本發明的目的。

建立全蒸發用于有機溶劑的脫水。聚合物膜的主要缺點之一是其有限的溶劑穩定性。聚合物膜的使用也受到溫度限制的限制。

WO-2011104602公開了一種多孔ABPBI[磷酸摻雜的聚(2,5-苯并咪唑)]膜及其制備方法，其中所述ABPBI多孔膜對強酸、強堿、普通有機溶劑和惡劣的環境條件具有優異的穩定性。

盡管在US-6986844B2中證明傳統的PBI用于制備其中空纖維膜，以及在US-20110266222中證明其用于制備雙層膜，文獻中并未針對分離應用顯示基于ABPBI的中空纖維。它們可用于多種應用，例如全蒸發、正滲透、氣體分離等。盡管在文獻中證明ABPBI的優異的溶劑和溫度穩定性，但對于用于分離應用的中空纖維膜制備卻沒有證明。

因此，需要開發一種基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、ABPBI共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的中空纖維膜。

發明目的

本發明的主要目的是提供基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的基本上無孔的聚合物層狀中空纖維膜。