CN1237475A - 一种复合气体分离膜的制备及其应用 - Google Patents

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刘桂香
张天元
邢丹敏
李晖
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Abstract

一种复合气体分离膜，其特征在于该复合气体分离膜由PAN聚丙烯腈基膜，覆盖一层LTV硅橡胶膜构成。其制备过程如下：(1)将PAN聚丙烯腈溶于有机溶剂中，PAN的量占16～20%重量，50～100℃加热搅拌均匀，真空脱泡，制成铸膜液，涂覆于增强材料如无纺布上，相转化水浴凝胶12～72小时，制成底膜；(2)将LTV硅橡胶溶于有机溶剂中，LTV硅橡胶的量占2～7%重量，制成铸膜液，涂覆于上述底膜上，75～100℃加热固化12～72小时。本发明较单一的PAN聚丙烯腈或LTV硅橡胶膜具有更好的分离性能，并且特别适用于有机蒸气的分离回收。

Description

一种复合气体分离膜的制备及其应用
本发明属于高分子气体分离膜的制备技术以及分离膜的应用方向，具体地讲，是指用PAN为底膜材料，配制铸膜液，涂制底膜，再以硅橡胶膜覆盖，即以LTV硅橡胶为活性分离层，制得LTV/PAN复合气体分离膜，应用于分离回收有机蒸气如汽油、丙酮、石油醚等蒸气。
PAN系合成高分子纤维，具有比较优异的性能，强度高，弹性好，耐化学溶剂性能好，是一种比较理想的制膜支撑材料，以前较多地应用于微滤、超滤、反渗透等水处理过程。LTV硅橡胶是一种室温固化硅橡胶，结构为
Figure A9811402200031
加入一种交联剂和催化剂使其交联，其渗透系数P为6×10-8cm3(STP)/cm2·s·cmHg。在目前所知的膜材料中仅次子聚三甲基硅丙炔(PTMSP)：其分离分数大约在2左右，因此是一种优异的膜活性分离材料。
有机蒸气是各种工业过程如石油化工、制药、喷墨、制鞋、涂料生产等产生的废气，种类多，分为烃类如甲苯、汽油等，酮类如丙酮，醇类如甲醇、乙醇等，醚类如乙醚等几大类；排放的量亦十分惊人。有机化合物一般对人体危害很大，挥发在大气中，污染大气，引发酸雨，危害大地，对环境是一个非常大的污染源。目前有些传统的工业处理方法如吸附法、吸收法、燃烧法等等，分离回收，控制其排放，但投资多，占地面积大，操作费用亦高，更不利的是易引起二次污染，如燃烧法产生NOx，是一种非常危险的致癌物。用高分子气体分离膜来分离回收有机蒸气，由于是一种无相变的物理分离过程，同时效率高，因此克服了上述诸法的不利之处。
本发明的目的是提供一种复合气体分离膜及其制备技术，其较单一的PAN聚丙烯腈或LTV硅橡胶膜具有更好的分离性能，并且特别适用于有机蒸气的分离回收。
本发明提供了一种复合气体分离膜，其特征在于该复合气体分离膜由PAN聚丙烯腈基膜，覆盖一层LTV硅橡胶膜构成。
本发明还提供了上述复合气体分离膜的制备方法，其特征在于制备过程如下：
(1)将PAN聚丙烯腈溶于N，N-二甲基酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇单甲醚、N-甲酰哌啶、N-N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃之一种有机溶剂中，PAN的量占16～20％重量，50～100℃加热搅拌均匀，真空脱泡，制成铸膜液，涂覆于增强材料如无纺布上，相转化水浴凝胶12～72小时，制成底膜；
(2)将LTV硅橡胶溶于汽油、正己烷、丙酮、环己烷、石油醚之一种有机溶剂中，LTV硅橡胶的量占2～7％重量，制成铸膜液，涂覆于上述底膜上，75～100℃加热固化12～72小时。
此外，上述PAN铸膜液中还可以加入甘油、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇600之一种作为添加剂，添加剂的加入量为5～10％重量。
本发明复合气体分离膜特别适用于分离回收有机蒸气如丙酮、正庚烷、苯、乙酸乙酯。采用分离工艺见附图1，其中1.蒸气发生器；2.气液分离器；3.干燥器；4.膜渗透池。
下面结合实施例详述本发明。
附图1为有机蒸气分离回收工艺流程图。
实施例1
PAN10g，加入48.8g二甲基甲酰胺有机溶剂中，45℃下搅拌48小时，过滤，脱泡，流涎法涂于无纺布上，溶剂挥发30s后，浸入水浴中，凝胶固化24小时，室温下自然干燥，制成底膜，测得Jo2=6.08×10-1cm3(STP)/cm2·s·cmHg，αO2/N2＝0.91。
实施例2
PAN10g，溶于41g N-甲基吡咯烷酮有机溶剂中，再加入5.8g的聚乙二醇600添加剂，50℃下搅拌48小时，过滤，脱泡，流涎法涂层于无纺布上，室温下溶剂挥发10分钟后浸入水浴中，凝胶固化36小时，室温下自然干燥，制得底膜，测得Jo2＝1.41×10-2m3(STP)/m2·s·MPag，α O2/N2＝0.92。
实施例3
PAN10g，溶于45g二甲基甲酰胺有机溶剂中，再加入聚乙烯吡咯烷酮7g作为添加剂，55℃下搅拌72小时，过滤，脱泡，流涎法涂层于无纺布上，室温下溶剂挥发15分钟后浸入水浴中，凝胶固化72小时，50℃下真空干燥24小时，制得底膜，测得Jo2＝2.51×10-2m3(STP)/m2·s·MPa，αO2/N2＝0.93。
实施例4
实施例1中的底膜覆盖2％的LTV硅橡胶汽油溶液，在80℃下固化24小时，制得LTV硅橡胶/PAN复合气体分离膜，测得Jo2＝1.43×10-3m3(STP)/m2·s·MPa，αO2/N2＝1.89。
实施例5
实施例2中的底膜覆盖3.5％的LTV硅橡胶正己烷溶液，在85℃下固化36小时，制得复合膜，测得Jo2＝9.42×10-4m3(STP)/m2·s·MPa，αO2/N2＝1.95。
实施例6
实施例3中的底膜覆盖5％的LTV硅橡胶汽油溶液，在95℃固化48小时，制得复合膜，测得Jo2＝7.47×10-4 ma(STP)/m2·s·MPa，αO2/N2＝2.07。
实施例7
在20℃下，将实施例4的复合膜装入如图1所示的工艺流程中的膜渗透池中，在蒸气发生器中装入丙酮，调节控制丙酮/N2混合气流量为20ml/s，浓度为75％(V/V)，测得脱除率为87.7％。
实施例8
在20℃下，将实施例7中的膜换成实施例5中所制复的复合膜，蒸气发生器中改装石油醚，其余皆同例7，测得脱除率为90.2％。
实施例9
在20℃下，将实施例中的膜换成例6中所制得的复合膜，蒸气发生器中改装汽油，其余皆同例7，测得脱除率为92.2％。

Claims (4)

1.一种复合气体分离膜，其特征在于该复合气体分离膜由PAN聚丙烯腈基膜，覆盖一层LTV硅橡胶膜构成。
2.一种权利要求1所述复合气体分离膜的制备方法，其特征在于制备过程如下：
(1)将PAN聚丙烯腈溶于N，N-二甲基酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇单甲醚、N-甲酰哌啶、N-N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃之一种有机溶剂中，PAN的量占16～20％重量，50～100℃加热搅拌均匀，真空脱泡，制成铸膜液，涂覆于增强材料如无纺布上，相转化水浴凝胶12～72小时，制成底膜；
(2)将LTV硅橡胶溶于汽油、正己烷、丙酮、环己烷、石油醚之一种有机溶剂中，LTV硅橡胶的量占2～7％重量，制成铸膜液，涂覆于上述底膜上，75～100℃加热固化12～72小时。
3.按权利要求2所述复合气体分离膜的制备方法，其特征在于PAN铸膜液中加入甘油、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇600之一种作为添加剂，添加剂的加入量为5～10％重量。
4.权利要求1所述复合气体分离膜用于分离回收有机蒸气如丙酮、正庚烷、苯、乙酸乙酯。
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