一种渗透蒸发膜可以为耐酸聚苯并咪唑(PBI)膜。该耐酸PBI膜可以为通过选自磺化、磷酸化、交联、N‑取代和/或其组合的工艺化学改性的PBI膜。该膜可以是热稳定化的。使酸物质脱水的方法可包括以下步骤：使酸性水溶液与耐酸聚苯并咪唑的膜接触；带走富含水的渗透物流；并带走富含酸物质的浓缩物流。酸性水溶液可以是乙酸。
【技术实现步骤摘要】
该申请是分案申请，优先权日是2012年5月25日，原国际申请日是2013年4月24日，母案进入中国国家阶段的日期是2014年11月25日；国际申请号是PCT/US2013/037901，母案的中国国家申请号是201380027431.0；原申请的专利技术名称是《用于酸性溶剂的渗透蒸发脱水的耐酸PBI膜》。专利
耐酸PBI膜用于经由基于膜的渗透蒸发使例如乙酸的酸性溶剂脱水。专利技术背景渗透蒸发是通过经由膜进行部分蒸发来分离液体混合物的过程。分离过程有两步：首先，混合物的一个组分经由膜进行渗透离开混合物(脱离组分被称为渗透物，且剩下的混合物被称为渗余物或浓缩物)；第二步，渗透物蒸发离开膜。见Pervaporation,Wikipedia(3/10/2010)。渗透蒸发膜的效力可通过膜的选择性(表示为分离系数)和生产能力(表示为通量)来确定。通量是指渗透物从混合物向蒸气流动或转移的速率，并且表示成在单位时间内穿过单位面积的给定表面的渗透物的量。分离系数是指膜选择性地去除一个混合物组分比去除混合物的其它组分多的能力。生产能力和选择性是膜依赖性的。见Membrane technology,1998-2009Lenntech Water Treatment&Purification Holding B.V.,Delft,the Netherlands(www.lenntech.com)。美国专利公告No.2011/0266222公开了使用PBI选择性渗透中空纤维通过渗透蒸发使有机液体(例如，乙二醇，EG)脱水的方法。中空纤维的PBI选择性渗透层没有经过化学改性以使其耐酸。酸性溶剂的脱水是重要的商业化操作。基于生产量来说，乙酸是前50种化学品当中的一种酸性溶剂。目前，例如乙酸的酸性溶剂的脱水是通过二元蒸馏进行的。然而这种分离方法是困难的，因为乙酸和水具有非常接近的挥发度。如此，由于需要较多的回流和具有许多级的较大蒸馏塔，因此需要较多的能量以获得纯度高于95重量％的乙酸。鉴于蒸馏有这些缺点，研究重点已放在乙酸的渗透蒸发脱水上面。更具体来说，研究已集中在开发能得到合理的通量并具有良好分离系数的膜上面。在渗透蒸发脱水中，相当数目的渗透蒸发脱水膜是由交联的聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖和乙酸纤维素制成的。因此，需要开发新的更好的渗透蒸发膜，特别是用于脱水及诸如乙酸的酸性溶剂脱水的渗透蒸发膜。US2008/0308491A1公开的是用于燃料电池(fuel cell)的聚合物电极膜(PEM,polymer electrolyte membrane)，虽然浸渍了氨基三甲叉膦酸(ATMP,amino trismethylene-phosphonic acid)的PBI膜(见US2008/0308491A1的第1和第3自然段)，但US2008/0308491A1并没有提及渗透蒸发或分离系数。US2011/0266222A1公开了用于有机溶液，例如二元醇(ethylene glycol)，渗透蒸发分离的PBI膜，但没有提及乙酸脱水或分离系数。US2011/0266222A1教导的是用于有机溶液(例如乙二醇)的渗透蒸发分离的PBI膜。US2011/0266222A1没有提及：1)乙酸脱水；2)分离系数。US2011/0266222A1没有提及“酸材料”或“耐酸PBI膜”。US2011/0266222A1的摘要、9-1和71段、实施例教导，“有机溶液”是乙二醇。而“乙二醇”并不是酸材料，在渗透蒸发过程中与酸材料的表现可能不同。由于“乙二醇”并不是酸材料，US2011/0266222A1不会对耐酸膜有技术启示，更不会对耐酸PBI膜有技术启示。US4,634,530A公开了用于电渗析(electrodialysis)和电化学应用的PBI膜，但US4,634,530A也没有提及渗透蒸发或分离系数。US4,634,530A示出了用于分离工艺的磺化PBI膜。但US4,634,530A没有提及“耐酸”，因此，不能得出磺化PBI膜“耐酸”的结论。US4,634,530A第1栏第13-21行公开了用于制备可便携水的膜。US4,634,530A的分离工艺是过滤工艺，即膜阻止杂质的通过。US4,634,530A根本没有公开在渗透蒸发工艺中采用耐酸PBI膜去除酸材料中的水分。
技术实现思路
渗透蒸发膜可以是耐酸的聚苯并咪唑(PBI)膜。耐酸PBI膜可以是通过选自磺化、磷酸化、交联、N-取代和/或其组合的方法化学改性的PBI膜。膜可以是热稳定化的。酸物质脱水的方法可包括以下步骤：使酸性水溶液与耐酸聚苯并咪唑的膜接触；带走富含水的渗透物流；并带走富含酸的浓缩物流。酸性水溶液可以是乙酸。本专利技术涉及渗透蒸发工艺，即基于大量转移原理。附图说明为例示本专利技术的目的，附图中显示了本专利技术优选的形式；然而要理解的是，本专利技术不限于所示的精确布置和机构。图1是代表性聚苯并咪唑(PBI)分子的示意图。图2是将本专利技术已知的用于使乙酸脱水的渗透蒸发膜在各种温度下的分离系数和通量进行比较的图表。对本专利技术的说明在膜分离过程中，注入流被分离成被称为渗透物和浓缩物(或渗余物)的两个流出流。渗透物是注入流穿过半渗透膜的部分，而浓缩物流含有已经被膜排斥的成分。这种分离可以在膜接触器中进行，其中使注入流与膜接触，渗透物和浓缩物被带离接触器。膜可以是平膜、多层平膜(例如，双层膜)、中空纤维膜、多层中空纤维膜(例如，双层膜)或管式的。在多层中空纤维及管式膜中，一层是在分离中使用的膜，另一层膜可以是支撑膜。在本专利技术的膜分离过程中，耐酸聚苯并咪唑(PBI)膜可用于使酸性溶剂脱水。酸性溶剂(或极性质子溶剂)可包括但不限于甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙酸、甲酸、氢氟酸和氨。在一个实施方案中，酸性溶剂可以是乙酸。聚苯并咪唑(PBI)可以是任何的PBI。PBI也指PBI与其它聚合物的共混物、PBI的共聚物以及它们的组合。在一个实施方案中，PBI组分是主要(即，至少50重量％)组分。PBI分子的代表性(非限制性)图示在图1中给出。PBI还指例如四胺(芳族和杂芳族四氨基化合物)和选自以下的第二单体的熔融聚合的产物：游离二羧酸、二羧酸的烷基和/或芳族酯、芳族或杂环二羧酸的烷基和/或芳族酯，和/或芳族或杂环二羧酸的烷基和/或芳族酸酐。进一步的细节可获自第Re 26065；4506068；4814530号美国专利；和第2007/0151926号美国专利公告，上述各文献以引用的方式并入本文。PBI可商购自北卡罗来纳州夏洛特的PBI Performance Products,Inc。根据本专利技术使用的芳族和杂芳族四氨基化合物优选为3,3',4,4'-四氨基联苯、2,3,5,6-四氨基吡啶、1,2,4,5-四氨基苯、3,3',4,4'-四氨基二苯基砜、3,3',4,4'-四氨基二苯基醚、3,3',4,4'-四氨基二苯甲酮、3,3',4,4'-四氨基二苯基甲烷和3,3',4,4'-四氨基二苯基二甲基甲烷及它们的盐，特别是它们的单、二、三和四盐酸盐衍生物。根据本专利技术使用的芳族羧酸为二羧酸或其酯或其酸酐或其酰氯。术语“芳族羧酸”也同样包括杂芳族羧酸。优选地，芳族二羧酸为间苯二甲酸、对苯二甲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种渗透蒸发膜，包括：耐酸聚苯并咪唑(PBI)膜。
【技术特征摘要】
2012.05.25 US 13/480,5221.一种渗透蒸发膜，包括：耐酸聚苯并咪唑(PBI)膜。2.根据权利要求1所述的渗透蒸发膜，其中，所述耐酸PBI膜为通过选自磺化、磷酸化、交联、N-取代和/或其组合的工艺而化学改性的PBI膜。3.根据权利要求1所述的渗透蒸发膜，其中，所述膜为：平膜、多层平膜、中空纤维膜或多层中空纤维膜。4.根据权利要求3所述的渗透蒸发膜，其中，所述多层平膜具有的一个层为耐酸PBI膜，且另一层为微孔支撑层。5.根据权利要求3所述的渗透蒸发膜，其中，所述多层中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，迈克尔·格兰德尔，钟台生，
申请(专利权)人：PBI性能产品公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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