气体分离膜制造技术

一种气体分离膜，其包括以下层：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体分离膜
[0001]本专利技术涉及气体分离膜及其制备和用途
。
[0002]US10,427,111
描述了在高进料压力下具有高选择性的气体分离膜
(GSM)。GSM
包括在
10nm
深度上具有指定
O/Si
比的硅氧烷层
。
然而，
US10,427,111
没有关于其中描述的膜在压力下抵抗变形的能力
。
[0003]目前可用的
GSM
和包含它们的模块的问题之一在于，当它们用于将极性气体与非极性气体分离时，它们的选择性随时间显著下降
。
当包含极性和非极性气体的气体混合物在高进料压力和温度下接触
GSM
时，这个问题特别严重
。
在这些情况下，
GSM
通常变形
(
通常称为“压印”的问题
)
，特别是当
GSM
与大孔隔膜元件接触时，大孔隔膜元件可以将其图案“压印”或变形到
GSM
上，从而降低
GSM
的选择性和
/
或气体分离效率
。
需要当暴露于高压和
/
或高温下的进料气体混合物时保持其选择性或仅使其缓慢下降的
GSM
和含有它们的模块
。
[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种气体分离膜，其包括以下层：
[0005](i)
支撑体层；
[0006](ii)
包含交联聚硅氧烷的层；
[0007](iii)
包含式
(1)
的基团的辨别层：
[0008]M
‑
(O
‑
)
x
[0009]式
(1)
[0010]其中：
[0011]M
是金属或类金属原子；
[0012]O
是氧原子；并且
[0013]x
的值为至少4；
[0014](iv)
可选的包含氟化聚合物的层；以及
[0015](v)
可选的保护层；
[0016]其中：
[0017](a)
层
(ii)
具有
1.6
至
1.98
的碳
‑
硅原子比；
[0018](b)
所述辨别层包含含有至少
10
原子％的式
(1)
的基团的
M
的表面，其中
M
如上述定义；并且
[0019](b)
层
(ii)
位于层
(i)
与
(iii)
之间
。
[0020]在本说明书中，术语“包含”应被解释为指定所述部分
、
步骤或组件的存在，但不排除一个或多个额外部分
、
步骤或组件的存在
。
用不定冠词“一个
(a)”或“一个
(an)”指称一个要素并不排除存在超过一个要素的可能性，除非上下文明确要求一个且仅一个要素
。
因此，不定冠词“一个
(a)”或“一个
(an)”通常意指“至少一个”。
附图说明
[0021]在附图中：
[0022]图1是示出包括外部气体分离膜和内部成型大孔片材的常规气体分离元件的一部分的示意性垂直截面图
。
[0023]图2是示出图1的常规气体分离膜部分的膜壁在高气体压力下引起的变形的示意性垂直截面图
。
[0024]图3是示出实施例1中描述的气体分离膜的辨别层的表面上的各种组分的原子％的图
。
[0025]在图1中，示出了在常规气体分离模块中使用的常规气体分离元件的一部分
。
在图1中，常规气体分离元件
(10)
包括第一气体分离膜
(7)、
第二气体分离膜
(8)
和设置在这些气体分离膜之间的大孔片材
(19)。
大孔片材
(19)
具有在上表面上以恒定间隔交替形成的突起
(12)
和凹陷
(
凹槽
)(13)。
凹槽形成用于渗透气体流动的主通道
。
[0026]图2是示出在图1所示的常规气体分离元件中在高压下引起的气体分离膜
(10)
的变形
(
压印
)
的示意性垂直截面图
。
在图2中，进料气体在第一气体分离膜
(7)
上方和第二气体分离膜
(8)
下方流动，并且部分地渗透气体分离膜
(7)
和
(8)
以到达大孔片材
(19)。
在此情况下，如果在高压下供应进料气体，则位于大孔片材
(19)
的粗糙侧上的第一气体分离膜
(7)
部分地压入凹槽
(13)
中，并且变形
/
压印
。
作用在第一气体分离膜
(7)
上的压力由箭头
(14)
指示，作用在第二气体分离膜
(8)
上的压力由箭头
(15)
指示
。
第一气体分离膜
(7)
的变形部分地封闭凹槽
(13)
，凹槽
(13)
是已经渗透通过膜
(7)
的气流的主要路径
。
此外，变形
(
压印
)
损坏第一气体分离膜
(7)
，从而降低气体分离膜
(7)
的性能，例如降低膜的分离选择性，特别是极性和非极性气体的分离
(
例如，从包含两者的混合物中分离高级烷烃，例如
C4H
10
和
CO2)。
[0027]在图3中，通过使用
ULVAC
‑
PHI
表面分析设备分析来自本专利技术实施例1的
DL
的表面
(
在顶部添加其他层之前
)
来获得
。
水平轴表示氩气簇离子束
(Ar
‑
GCIB)
溅射时间
(
表明被分析的深度
)
，并且垂直轴表示在该深度处检测到的每种元素的原子％
。
按照从上到下的顺序，图3的图表中的5条线分别示出了碳
、
氧
、
全部硅
、
式
(2)
的化合物中存在的硅和式
(1)
的化合物中存在的硅的原子％
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种气体分离膜，其包括以下层：
(i)
支撑体层；
(ii)
包含交联聚硅氧烷的层；
(iii)
包含式
(1)
的基团的辨别层，：
M
‑
(O
‑
)
x
式
(1)
其中：
M
是金属或类金属原子；
O
是氧原子；并且
x
的值为至少4；
(iv)
可选的包含氟化聚合物的层；以及
(v)
可选的保护层；其中：
(a)
层
(ii)
具有
1.6
至
1.98
的碳
‑
硅原子比；
(b)
所述辨别层包含含有至少
10
原子％的式
(1)
的基团的
M
的表面，其中
M
如上述定义；并且
(b)
层
(ii)
位于层
(i)
与
(iii)
之间
。2.
如权利要求1所述的气体分离膜，其中层
(ii)
包含式
‑
O
‑
Si≡CH
和
‑
O
‑
Si(CH3)2CH
‑
CH2的基团
。3.
如权利要求1或权利要求2所述的气体分离膜，其中层
(ii)
包含下式的基团：
4.
如前述权利要求中任一项所述的气体分离膜，其中存在层
(iv)
，并且层
(iv)
位于层
(iii)
的与层
(ii)
相反的一侧上
。5.
如前述权利要求中任一项所述的气体分离膜，其中存在层
(v)
，并且层
(v)
是距层
(i)
最远的层
。6.
如前述权利要求中任一项所述的气体分离膜，其中层
(ii)
还包含一种或多种式
(2)
的化合物：
M
‑
(O
‑
)
z
式
(2)
其中：
M
是金属或类金属原子；
O
是氧原子；并且
z
的值为
1、2
或
3。
7.
如权利要求6所述的气体分离膜，其中式
(1)
中的层
M
是与式
(2)
中的
M
相同的金属或类金属
。8.
如前述权利要求中任一项所述的气体分离膜，其中每个
M
独立地为硅
、
钛
、
锆和
/
或铝
。9.
如前述权利要求中任一项所述的气体分离膜，其中所述辨别层包含含有小于
50
原子％的式
(1)
的基团的
M
的表面
。10.
如前述权利要求中任一项所述的气体分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：