CN110575758B - 一种新型检测管渗透膜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型检测管渗透膜及其制备方法与应用。该膜是由商品化的乙烯‑醋酸乙烯共聚物(EVA)与聚醚‑酰胺共聚物(Pebax)共混而成。本发明的优点在于，该共混膜在温和环境下进行制备，绿色安全。实验方法简单可控，填充剂分散性良好，具有良好的机械稳定性和长期操作稳定性，可用于CH4/N2体系分离。
Description
技术领域
本发明属于气体分离膜技术领域，更具体的说是涉及一种新型检测管渗透膜及其制备方法与应用。
背景技术
随着中国经济快速发展，天然气需求量逐年递增，为满足能源供应需求，输配管网建设不断扩大，新建管线不断增长，在管道上安装在线泄漏检测系统，可及时发现泄漏，有效杜绝更大的安全事故发生。查新表明，目前国内在天然气管道泄漏检测方面常用的检测方法是压力波法、次声波、光纤等方法，这些检测方法存在检测泄漏灵敏度较低、对于微小泄漏渗透等情况无法检测、费用高等不足。随着膜科学技术的发展，薄膜法检测技术应运而生。国外膜法检测技术起步早、发展快、技术先进，中国从20世纪80代开始进入快速发展阶段。20世纪70年代末全芳香族聚酰胺复合膜已经进入工业化。通过对国内外应用膜材料的工业应用技术研究发现，选择性半渗透膜在天然气管道泄漏检测方面的研究甚少，市场发展空间广阔。
检测管是一种特制薄膜管，这种膜材料的特点是对烃类气体具有选择渗透性。在真空泵抽气的作用下，检测管内部有稳定负压存在。如果检测管周围存在泄漏的天然气，在浓度差推动力的作用下天然气会扩散渗透进入检测管，可通过检测管末端的甲烷检测装置识别泄漏。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是由无极性的乙烯单体和强极性的醋酸乙烯酯单体共聚形成的热塑性树脂，它虽然具有较高的气体渗透性能，但EVA膜的气体渗透性较低。聚醚-酰胺共聚物(Pebax)是一种已经商业化了的含有醚氧基团的嵌段共聚物，它不仅有良好的成膜性能，还具有优良的耐酸、碱性和盐性能，并且很高的热稳定性和机械稳定性。所以，EVA与Pebax共混的形成共混膜进行气体分离检测，对于制备高性能的气体分离膜，提高CH4分离效率，具有很强的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型检测管渗透膜及其制备方法与应用。该方法简单高效、过程易控制、可重复性高、安全性高、无污染，且得到的新型检测管渗透膜对CH4具有高的渗透性，极高的CH4/N2选择性，可有效的解决渗透性灵敏度低问题。
本发明要求保护的共混膜，由EVA、Pebax和溶剂共混而得；
所述EVA为乙烯-醋酸乙烯共聚物；
所述Pebax为聚醚-酰胺共聚物；
所述EVA与Pebax的质量比为(10-90)：(90～10)；；
所述EVA和Pebax的总质量占所述溶剂总质量的5～30％。
上述共混膜中，所述溶剂由二甲苯与正丁醇组成；
所述二甲苯与正丁醇的质量比为(1～5)：(6～2)；具体为3:1；
所述EVA与Pebax的质量比具体可为3:7或1:9或5:5或7:3。
所述共混膜的厚度为50-200μm；具体为120μm。
本发明提供的制备所述共混膜的方法，包括：按照所述配比，将所述各原料混合后，搅拌，静置脱泡，置于成膜装置中干燥而得。
上述方法所述搅拌步骤中，温度为室温；时间为2-48h；具体为24h；转速为200-2000r/min；具体为500r/min；
所述静置脱泡步骤中，时间为1-6h；具体为2h；
所述成膜装置为聚四氟乙烯培养皿；
所述干燥步骤中，温度为室温；时间为12-48h；具体为24h；
所述方法还包括：在所述搅拌步骤之后，静置脱泡步骤之前，将体系过滤，收集滤液。
另外，上述本发明提供的共混膜在气体分离或气体渗透中的应用及所述共混膜作为渗透膜在气体泄漏检测或在制备气体泄漏检测产品中的应用，以及含有所述共混膜的气体泄漏检测产品，也属于本发明的保护范围。
具体的，所述气体分离和气体渗透中，所述气体为甲烷、N2、CO2、O2、或H2；具体为主要成分为CH4和N2的混合气；
所述气体泄漏检测为燃气泄漏检测；
所述气体泄漏检测产品为燃气管道所用检测管。
本发明的优点在于：制备过程简便可控，原料易得，条件温和，制得的Pebax/EVA共混膜用于CH4/N2气体分离，构建CH4传递通道，促进CH4的传递，具有优异的气体分离性能。特别是该杂化膜具有较高的CH4/N2选择性和渗透性，较纯膜，分别提高了124％和54％。
附图说明
图1为实施例1的形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料均能从公开商业途径获得。下述实施例中所用EVA为日本三井公司出售的产品编号为EVA550的产品；所用Pebax为阿科玛公司出售的产品编号为的产品。
下述实施例中，CH4渗透系数和CH4/N2选择性的检测方法如下：首先，气体从钢瓶出来，进入检测管渗透膜，透过膜，进入下游侧的气体，通过色谱测出CH4与N2渗透系数,CH4/N2选择性为CH4与N2渗透系数渗透性的比值。
实施例1、
称取0.1克Pebax、0.9克EVA，共混，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将Pebax-EVA共混物和二甲苯-正丁醇共混物在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为14.1barrer(1barrer＝10-10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为5。
该实施例所得共混膜的实物图如图1所示。由图可知，膜呈均质而半透明状态。
实施例2
称取0.3克Pebax、0.7克EVA，共混，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将Pebax-EVA共混物和二甲苯-正丁醇共混物在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为17barrer(1barrer＝10-10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为4。
实施例3
称取0.5克Pebax、0.5克EVA，共混，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将Pebax-EVA共混物和二甲苯-正丁醇共混物在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为20.4barrer(1barrer＝10-10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为3。
实施例4
称取0.7克Pebax、0.3克EVA，共混，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将Pebax-EVA共混物和二甲苯-正丁醇共混物在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为23.1barrer(1barrer＝10-10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为5.2。
实施例5
称取0.9克Pebax、0.1克EVA，共混，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将Pebax-EVA共混物和二甲苯-正丁醇共混物在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为35.5barrer(1barrer＝10-10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为3.1。
对比例1
称取1.0克Pebax，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将Pebax溶于二甲苯-正丁醇共混物，在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为15.8barrer(1barrer＝10-10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为3.25。
对比例2
称取1.0克EVA，称取15克二甲苯、5克正丁醇共混。将EVA溶于二甲苯-正丁醇共混物，在500r/min磁力搅拌下室温搅拌12h，使高分子全部溶解。用铜网过滤，静置2h脱泡，倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿(Φ120mm)中，室温下干燥24h，得到厚约120μm均质膜。在室温、1bar条件下进行纯CH4渗透性能测试，CH4渗透系数分别为18.8barrer(1barrer＝10- 10cm3(STP)cm/(cm2 s cmHg))，CH4/N2选择性为8.37。
根据上述对比例1和2的结果，本发明要求保护的共混膜的CH4渗透系数比纯EVA和Pebax的都要高。
Claims (9)
1.一种共混膜在气体分离或气体渗透中的应用；所述气体分离和气体渗透中，所述气体为主要成分为CH4和N2的混合气；
所述共混膜由EVA、Pebax和溶剂共混而得；
所述EVA为乙烯-醋酸乙烯共聚物；
所述Pebax为聚醚-酰胺共聚物；
所述EVA与Pebax的质量比为1:1-1:9；
所述EVA和Pebax的总质量占所述溶剂总质量的5-30%。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述溶剂由二甲苯与正丁醇组成；
所述二甲苯与正丁醇的质量比为1-5:6-2；
所述EVA与Pebax的质量比为3:7。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述共混膜的厚度为50-200μm。
4.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述共混膜的方法，包括：按照权利要求1或2中的配比，将各原料混合后，搅拌，静置脱泡，置于成膜装置中干燥而得。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述搅拌步骤中，温度为室温；时间为2-48h；转速为200-2000r/min；
所述静置脱泡步骤中，时间为1-6h；
所述干燥步骤中，温度为室温；时间为12-48h；
所述方法还包括：在所述搅拌步骤之后，静置脱泡步骤之前，将体系过滤，收集滤液。
6.权利要求1-3任一所述共混膜作为渗透膜在气体泄漏检测或在制备气体泄漏检测产品中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述气体泄漏检测为燃气泄漏检测。
8.含有权利要求1-3任一所述共混膜的气体泄漏检测产品。
9.根据权利要求8所述的气体泄漏检测产品，其特征在于：所述气体泄漏检测产品为燃气管道所用检测管。
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| GR01 | Patent grant | ||
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