[其他]復(fù)合式的氣體分離膜

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85106044
• 申請(qǐng)日: 1985-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN85106044A
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬納赫姆·艾爾弗雷德·克勞斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孟山都公司
• 主分類號(hào): B01D53/22
• 分類號(hào): B01D53/22;B01D13/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 劉元金

本發(fā)明是關(guān)于復(fù)合式的氣體分離膜，在這種復(fù)合膜中在分離層與多孔支承之間有一層無孔的中間層。

克拉斯（Klass）等人的美國(guó)專利3，616，607號(hào)，斯坦西爾（Stancell）等人的美國(guó)專利3，657，113號(hào)以及耶思達(dá)（Yasuda）的美國(guó)專利3，775，303號(hào)，均舉出過在一多孔支承上有疊加膜的氣體分離膜的例子。

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了一種鑄膜技術(shù)，先在水上澆鑄極薄的高分子膜，然后收集于多孔支承上。由于這種薄膜非常難于處理，所以不得不進(jìn)行多次涂覆，因此這技術(shù)很難推廣。

這種分離氣體的復(fù)合膜亦不無其他問題。例如，布勞沃爾（Browall）在美國(guó)專利3，980，456號(hào)中透露了從空氣中分離氧氣的復(fù)合膜的制造方法。這種復(fù)合膜是由一層微孔的聚碳酸酯支承薄膜和一層單獨(dú)形成的，即預(yù)成形的，疊加的超薄型分離膜組成的，分離膜的成份是80%的聚苯醚和20%的聚有機(jī)硅氧烷與聚碳酸酯的共聚物。在復(fù)合膜的制造過程中，按布勞沃爾所述的，將極細(xì)的粒狀雜質(zhì)，即細(xì)于3×10^-3米的顆粒，從加工面除去的方法是不實(shí)際的，或者說是不可行的。這些微細(xì)的顆粒可能沉積于預(yù)成形的超薄膜層的下面或中間，由于這些顆粒的直徑與超薄膜比較起來還是很大的，所以會(huì)刺穿超薄膜。這樣的缺口會(huì)降低膜的效力。布勞沃爾的專利透露，可用預(yù)成形的聚有機(jī)硅氧烷與聚碳酸酯的共聚物密封膠涂在超薄膜上以便蓋住由微細(xì)顆粒所造成的缺口。

實(shí)際上可以采用多種技術(shù)以提供足夠的數(shù)據(jù)來計(jì)算各氣體的滲透率，從而測(cè)定兩種給定的氣體在某種特定的膜上的分離系數(shù)。用來測(cè)定滲透常數(shù)，滲透率和分離系數(shù)的多種技術(shù)中????有幾種????已在黃（Hwang）等人的《化學(xué)技術(shù)》（Techniques????of????Chemistry），第七卷《分離膜》（Membranes????in????Separations）中公開，參考第12章296-322頁(yè)，此書由約翰威利父子公司（John????Willy????&????Sons），1975年出版。

“固有”分離系數(shù)在這里是指氣體流過無孔材料時(shí)該材料的分離系數(shù)，也是此材料所能達(dá)到的最高分離系數(shù)。這樣的一種材料可以認(rèn)為是連續(xù)的或無孔的。一種材料的固有分離系數(shù)近似等于此材料較厚和緊密的膜分離系數(shù)。不過，測(cè)定固有分離系數(shù)有一些困難，其中包括制備緊密的膜時(shí)所產(chǎn)生的缺點(diǎn)，例如在分子無序的、緊密的膜內(nèi)存在小孔和微細(xì)的顆粒，這是由于制備膜時(shí)的偏差所造成的。因此，“測(cè)定的固有”分離系數(shù)可以低于固有分離系數(shù)，相應(yīng)地，在這里所用的“測(cè)定的固有”分離系數(shù)是指該材料干的，較厚的緊密膜的分離系數(shù)。

按本發(fā)明而制造的復(fù)合式氣體分離膜顯示出至少有一對(duì)氣體的分離系數(shù)有所改進(jìn)，這種改進(jìn)是由于采用了由極度透氣和低選擇性的聚合物材料組成的無孔中間層。將用這種聚合物制造的這種薄的中間層穿插在多孔支承和薄而密的選擇層中間有很多有利的效果，例如可以使薄的分離層耐得住適度的差壓。如不加入中間層而要使薄的分離層耐得住差壓，分離層的厚度最少要與多孔支承的孔的直徑相等。因?yàn)?!-- SIPO -->中間層是無孔的，所以實(shí)際上為分離層產(chǎn)生一種基本上無孔的支承組合。

此外，按本發(fā)明加入中間無孔層以改進(jìn)復(fù)合氣體分離膜容許采用高度多孔性材料，如多孔玻璃作為支承。很多多孔支承材料由于其表面孔率低，孔徑大，所以其應(yīng)用受到限制，因?yàn)榭讖酱笸糠髮泳鸵欢ㄒ瘢@樣才能防止陷入孔中。而且，涂敷層可能不完整，特別是當(dāng)涂敷層很薄時(shí)，（涂敷層薄有利于獲得高的滲透率）更是為此。用高度透氣的聚合物制成的中間無孔聚合物層，直接涂敷在多孔支承上，可以盡量減少這些潛在的問題。由于無孔的中間層具有高度的透氣率，所以它比通常透氣率低得多的聚合物分離層本身，能更有效地將氣流導(dǎo)入多孔基質(zhì)的孔內(nèi)。該中間層可減少分離層通過多孔支承的孔而破裂的可能性，因此可以采用更薄的膜作為分離層。第三點(diǎn)，按照赫尼斯（Henis）等人的美國(guó)專利4，230，463號(hào)（收編予此作為參考），所述的原則，中間層可以作為不完善的分離層的低層，不過與赫尼斯專利所不同的是在赫尼斯的專利里，密封材料是涂在距離多孔并結(jié)構(gòu)最遠(yuǎn)的一層，本方法的密封材料則是涂于多孔支承和分離層之間，總的結(jié)果是選擇性有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，但滲透率卻沒有大的減低。加之，赫尼斯等人的專利所述的分離膜空隙容積相當(dāng)大，也就是說，這種膜是各向?qū)缘模景l(fā)明的復(fù)合膜則包括了一層薄的、密緻的和基本上無孔的分離層。此外，在選擇層的頂部凝聚或形成空隙對(duì)本發(fā)明的膜均為不利。