FI83227C - Polymer Blend Membrane - Google Patents

Polymer Blend Membrane Download PDF

Info

Publication number
FI83227C
FI83227C FI850573A FI850573A FI83227C FI 83227 C FI83227 C FI 83227C FI 850573 A FI850573 A FI 850573A FI 850573 A FI850573 A FI 850573A FI 83227 C FI83227 C FI 83227C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
membrane
mixture
acid
inorganic compound
hydrogen
Prior art date
Application number
FI850573A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI850573A0 (en
FI83227B (en
FI850573L (en
Inventor
Anthony J Polak
Allyson J Beuhler
Joan A Cramm
Original Assignee
Uop Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uop Inc filed Critical Uop Inc
Priority to FI850573A priority Critical patent/FI83227C/en
Publication of FI850573A0 publication Critical patent/FI850573A0/en
Publication of FI850573L publication Critical patent/FI850573L/en
Application granted granted Critical
Publication of FI83227B publication Critical patent/FI83227B/en
Publication of FI83227C publication Critical patent/FI83227C/en

Links

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

1 832271 83227

PolymeeriseosmembraanitPolymeeriseosmembraanit

Semipermeaabelimembraaneja voidaan käyttää useihin erilaisiin erotuksiin kuten neste-neste-erotuksiin, neste-neste-kiinteä-aine-erotuksiin ja kaasu-kaasu-erotuksiin. Tällaisiin tarkoituksiin tavallisesti käytettävät membraanit ovat esimerkiksi erilaisia orgaanisia polymeerejä tai orgaanisten polymeerien seoksia joko yksinään tai huokoiseen tukimateriaaliin tuettuina. Suolanpoistomenetelmissä käytettävät semipermeaabelimembraanit voivat esimerkiksi olla selluloosa-asetaattipolymeerejä kerrostettuina huokoisen alustan päälle, joka toimii membraanin tukena, ohutkalvoisia kerrostettuja membraaneja, jotka ovat polymeeriyhdisteitä kuten polyety-leeni-imiiniä, epiamiinia, polyetyleeniä ja polypropyleeniä ja kalvot on myös kerrostettu huokoisen alustan kuten poly-sulfonituen päälle, jne. Kaasujen erottamismembraanit voivat sairaten olla polymeerimembraaneja, jotka ovat selluloo-sanitraattia tai selluloosa-asetaattia, tai tuettuja membraa-neja, joissa polymeeri on dimetyylisilikonia, styreeniä, silikoni-karbidikopolymeeriä, kerrostettuna sekä ohutkalvo-membraaneja kuten polymetyylipenteenipolymeerejä. Näiden membraanien lisäksi voidaan käyttää muita selektiivisesti läpäiseviä membraaneja kuten heteropolyhappoja joidenkin kaasujen kuten esimerkiksi vedyn erottamiseen kaasuvirrassa olevista kaasuseoksista.Semipermeable membranes can be used for a variety of separations such as liquid-liquid separations, liquid-liquid-solid separations, and gas-gas separations. Membranes commonly used for such purposes are, for example, various organic polymers or mixtures of organic polymers, either alone or supported on a porous support material. For example, the semipermeable membranes used in desalination processes may be cellulose acetate polymers deposited on a porous substrate that serves as a membrane support, thin film laminated membranes that are polymerized with a substrate such as polyethyleneimine and polyethylene onene and epylene, polyethylene, polyethylene, polyethylene , etc. The gas separation membranes may be polymeric membranes which are cellulose sanitrate or cellulose acetate, or supported membranes in which the polymer is dimethylsilicone, styrene, silicone carbide copolymer, layered, and thin film polymeric membranes such as polymer membranes. In addition to these membranes, other selectively permeable membranes such as heteropolyacids can be used to separate some gases, such as hydrogen, from gas mixtures in the gas stream.

Useimmissa tapauksissa on orgaanisen yhdisteen, erikoisesti polymeerin muodossa olevan yhdisteen ja epäorgaanisen yhdisteen yhdistämisestä seurauksena faasien erottuminen, koska nämä kaksi systeemiä ovat luonteeltaan toisiinsa sekoittumat-tomia. Nyt on kuitenkin keksitty, että voidaan valmistaa ohutkalvoinen polymeeriseosmembraani sekoittamalla yhteen epäorgaanista yhdistettä kuten heteropolyhappoa tai sen suolaa, tai fosforihappoa tai rikkihappoa orgaanisen polymeerin kanssa, joka sekoittuu mainittuun epäorgaaniseen yhdisteeseen, jolloin muodostuu polymeeriä sisältävää ainekoostumusta, jota voidaan käyttää membraanina kaasujen erottamismenetel- 2 83227 mässä. Oli täysin odottamatonta, että tällaisesta seoksesta voitaisiin valaa ohutkalvomembraani, joka olisi erittäin selektiivinen joidenkin kaasujen suhteen ja jota sen vuoksi voitaisiin käyttää tällaisiin erotuksiin kuten esimerkiksi vetykaasun erottamiseen.In most cases, the combination of an organic compound, especially a compound in the form of a polymer, and an inorganic compound results in phase separation because the two systems are immiscible in nature. However, it has now been found that a thin film polymer blend membrane can be prepared by mixing together an inorganic compound such as heteropolyacid or a salt thereof, or phosphoric acid or sulfuric acid with an organic polymer miscible with said inorganic compound to form a polymer-containing material composition which can be used as a membrane. . It was completely unexpected that such a mixture could be cast into a thin film membrane which would be highly selective for some gases and which could therefore be used for such separations as, for example, hydrogen gas separation.

Tämä keksintö koskee ainekoostumuksia, joita voidaan käyttää kaasujen erottamismembraaneina. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee uutta ohutkalvoista polymeerisekoitteista membraania, jota käytetään kaasujen erottamismenetelmissä.This invention relates to compositions of matter which can be used as gas separation membranes. More specifically, the invention relates to a novel thin film polymer blend membrane for use in gas separation processes.

Konventionaalinen menetelmä, jossa erotetaan tiettyjä kaasuja kaasuvirrasta, joka sisältää kaasujen seoksen, ja jossa haluttu kaasu voidaan erottaa ja ottaa talteen, käsittää sellaisten membraanien käytön, jotka läpäisevät hyvin jonkin halutun kaasun kuten hapen, vedyn, typen jne. molekyylimuo-dossa. Nämä membraanit omaavat erikoisesti silloin kun kyseessä on vety, hyvän läpäisykyvyn vedyn suhteen ja molekyylimuo-dossa oleva vety johdetaan laitteen korkean paineen puolelta membraanin läpi molekyylisenä vetynä alhaisen paineen puolelle. Vaihtoehtoisesti voi kaasujen erottaminen tapahtua dis-sosioimalla haluttu kaasu korkean paineen puolella ja siirtämällä se ionina membraanin läpi, mitä seuraa ionien yhdistäminen uudelleen alhaisen paineen puolella. Vedyn erottamiseen tarvittavan membraanin tulisi sen vuoksi omata erinomaiset protonien johtokykyominaisuudet. Kuten jäljempänä tullaan osoittamaan yksityiskohtaisemmin, on nyt keksitty, että membraaneilla, jotka sisältävät sekä orgaanisia että epäorgaanisia komponentteja, on tämä edullinen ominaisuus ja niitä voidaan sen vuoksi käyttää vedyn sensoreina, vedyn erottamis-laitteina samoin kuin kiinteässä muodossa olevana ohutkalvo-elektrolyyttinä .A conventional method of separating certain gases from a gas stream containing a mixture of gases and in which the desired gas can be separated and recovered involves the use of membranes that are highly permeable to a desired gas such as oxygen, hydrogen, nitrogen, etc. in molecular form. These membranes, especially in the case of hydrogen, have a good permeability to hydrogen and the hydrogen in molecular form is passed from the high pressure side of the device through the membrane as molecular hydrogen to the low pressure side. Alternatively, the separation of the gases can take place by dissociating the desired gas on the high pressure side and transferring it as an ion through the membrane, followed by recombination of the ions on the low pressure side. The membrane required for hydrogen separation should therefore have excellent proton conductivity properties. As will be shown in more detail below, it has now been found that membranes containing both organic and inorganic components have this advantageous property and can therefore be used as hydrogen sensors, hydrogen separation devices as well as a thin film electrolyte in solid form.

Tämän keksinnön kohteena on sen vuoksi tarjota uusia polymee-rimembraaneja, joita voidaan käyttää kaasujen erottamislait-teissa.It is therefore an object of the present invention to provide novel polymer membranes which can be used in gas separation devices.

Tämän keksinnön kohteena on vielä tarjota menetelmä jäljempänäIt is a further object of this invention to provide a method below

IIII

3 83227 selostettavaa tyyppiä olevien polymeerisekoitteisten mem-braanien valmistamiseksi, joita membraaneja käytetään kaasujen erottamislaitteissa.3,83227 for the preparation of polymer-blended membranes of the type described, which membranes are used in gas separation devices.

Eräs tämän keksinnön suoritusmuoto käsittää ohutkalvoisen polymeerisekoitteisen membraanin, joka on tunnettu siitä, että se on seosta, jossa on epäorgaanista yhdistettä, joka on heteropolyhappo tai sen suola, fosforihappo tai rikkihappo, ja orgaanista polymeeriä, joka sekoittuu mainitun epäorgaanisen yhdisteen kanssa.An embodiment of the present invention comprises a thin-film polymer-blended membrane characterized in that it is a mixture of an inorganic compound which is a heteropolyacid or a salt thereof, phosphoric acid or sulfuric acid, and an organic polymer miscible with said inorganic compound.

Eräs tämän keksinnön mukainen suoritusmuoto käsittää menetelmän ohutkalvoisen polymeerisekoitteisen membraanin valmistamiseksi siten, että liuotetaan epäorgaaninen yhdiste, joka on heteropolyhappo tai sen suola, fosforihappo tai rikkihappo, ja orgaaninen polymeeri, joka sekoittuu mainitun epäorgaanisen yhdisteen kanssa, johonkin liuottimeen, joka sekoittuu molempiin, liuotusolosuhteissa riittävän kauan, niin että muodostuu seos, valetaan mainittu seos valupinnalle, poistetaan mainittu liuotin ja otetaan talteen tuloksena oleva ohutkalvomembraani.An embodiment of the present invention comprises a process for preparing a thin-film polymer-blended membrane by dissolving an inorganic compound which is a heteropolyacid or a salt thereof, phosphoric acid or sulfuric acid, and an organic polymer miscible with said inorganic compound in a solvent which is miscible with both. , to form a mixture, pouring said mixture onto a casting surface, removing said solvent and recovering the resulting thin film membrane.

Tämän keksinnön erikoinen suoritusmuoto käsittää ohutkalvoisen polymeerisekoitteisen membraanin, joka muodostuu poly-(vinyylialkoholin) ja dodekamolybdofosforihapon seoksesta, ja mainittua polymeeriä on mukana määrä, joka vaihtelee välillä noin 99 - noin 30 paino-% mainitusta seoksesta ja mainittua happoa on mukana määrä, joka vaihtelee välillä noin 1 - noin 70 paino-% mainitusta seoksesta.A particular embodiment of the present invention comprises a thin film polymer blended membrane consisting of a mixture of poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphoric acid, said polymer being present in an amount ranging from about 99% to about 30% by weight of said mixture and said acid being present in an amount ranging from about 1 to about 70% by weight of said mixture.

Toinen tämän keksinnön mukainen erikoinen suoritusmuoto on menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa ohutkalvoista polymeerisekoitteista membraania siten, että liuotetaan dodekamolybdofosforihappoa ja poly(vinyylialkoholia) veteen lämpötilassa, joka on ympäristön lämpötilan ja noin 100°C välillä, riittävän pitkä aika, niin että muodostuu seos, valetaan mainittu seos valupinnalle, poistetaan mainittu vesi haihduttamalla ja otetaan talteen tuloksena oleva ohutkalvoinen membraani.Another particular embodiment of the present invention is a method of making a thin film polymer blended membrane by dissolving dodecamolybdophosphoric acid and poly (vinyl alcohol) in water at a temperature between ambient temperature and about 100 ° C for a time sufficient to form a mixture. said mixture on the casting surface, removing said water by evaporation and recovering the resulting thin film membrane.

4 832274,83227

Muut kohteet ja suoritusmuodot tulevat esiin seuraavassa yksityiskohtaisemmassa, kyseessä olevan keksinnön selostuksessa.Other objects and embodiments will become apparent from the following more detailed description of the present invention.

Kuten edellä on esitetty, kyseessä oleva keksintö koskee poly-meerisekoitteisia membraaneja, jotka ovat orgaaninen-epäorgaa-ninen-seosta olevia ohutkalvoja, sekä menetelmää niiden valmistamiseksi. Kuten aikaisemmin on mainittu, on orgaanisen polymeerin ja epäorgaanisen yhdisteen sekoittamisyrityksen tuloksena tavallisesti faasien erottuminen. Tämän vastaisesti on nyttemmin keksitty, että on mahdollista saada yhden faasin systeemi sekoittamalla yhteen tiettyjä orgaanisia polymeerisiä yhdisteitä epäorgaanisten yhdisteiden kanssa, jotka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat heteropolyhapot tai niiden suolat, fosforihappo tai rikkihappo ja tuloksena oleva ainekoostumus muodostaa ohutkalvomembraanin, jota voidaan käyttää kaasujen erottamissysteemeissä. Näiden membraanien käyttäminen kaasujen erottamislaitteissa perustuu jossakin määrin siihen seikkaan, että näillä epäorgaanisilla yhdisteillä on hyvä protonien johtokyky, erikoisesti huoneenlämmössä tai ympäristön lämmössä. Membraaneilla, jotka muodostuvat orgaanisen polymeerin ja epäorgaanisen yhdisteen seoksesta, on erinomaisia kuljetusominaisuuksia samoin kuin voimakkaampi vetolujuus kuin niillä membraaneilla, jotka on valmistettu pelkästään orgaanisista polymeereistä. Näiden ohutkalvomembraanien fysikaaliset ominaisuudet merkitsevät näin ollen edullista perustaa niiden käyttämiselle kaasujen sensoreina, erikoisesti vedyn ollessa kyseessä, tai kaasun erottamismembraaneina.As stated above, the present invention relates to polymer-blended membranes which are thin films of an organic-inorganic mixture, and to a process for their preparation. As previously mentioned, an attempt to mix an organic polymer and an inorganic compound usually results in phase separation. In contrast, it has now been found that it is possible to obtain a single phase system by mixing certain organic polymeric compounds with inorganic compounds selected from the group consisting of heteropolyacids or their salts, phosphoric acid or sulfuric acid and the resulting composition to form a thin film membrane that can be used in gas separation. . The use of these membranes in gas separation devices is based to some extent on the fact that these inorganic compounds have good proton conductivity, especially at room temperature or at ambient temperature. Membranes formed from a mixture of an organic polymer and an inorganic compound have excellent transport properties as well as stronger tensile strength than those membranes made from organic polymers alone. The physical properties of these thin film membranes therefore mean that it is advantageous to base them on their use as gas sensors, especially in the case of hydrogen, or as gas separation membranes.

Kuten jäljempänä tullaan osoittamaan yksityiskohtaisemmin, on orgaaninen-epäorgaaninen-seoksilla kemiallisia mekaanisia ja sähköominaisuuksia, jotka osoittavat näiden kahden materiaalin muodostavan yhden faasin systeemin. Seoksilla on esimerkiksi ainoastaan yksi lasimaiseksi muuttumislämpötila, mikä todistaa yhden ainoan faasin puolesta sikäli, että jos tuloksena olevat membraanit olisivat kaksifaasisysteemiä tai pelkästään fysikaalinen seos, sillä olisi kaksi erillistä toisistaan eroavaa lasimaiseksi muuttumislämpötilaa. Lisäksi tuotteen lujuus ja moduuli lisääntyvät voimakkaasti niistä ominaisuuksista, joita on jommalla kummalla kahdesta komponentista. Muita fysikaalisia ominaisuuksia, jotka todistavat li 5 83227 yhden faasin tai todellisen ainekoostumuksen puolesta, on se, että näkyvä valo läpäisee seoksen ja että se on väriltään tasainen.As will be shown in more detail below, organic-inorganic mixtures have chemical mechanical and electrical properties that indicate that these two materials form a single phase system. For example, the alloys have only one glass transition temperature, which proves in favor of a single phase in that if the resulting membranes were a two-phase system or a mere physical mixture, it would have two distinct glass transition temperatures. In addition, the strength and modulus of the product are greatly increased by the properties that either of the two components has. Other physical properties that attest to li 5 83227 for a single phase or true composition of matter are that visible light passes through the mixture and is uniform in color.

Kyseessä oleva membraani muodostuu orgaanisen polymeerin ja epäorgaanisen yhdisteen seoksesta, ja epäorgaaninen yhdiste valitaan ryhmästä, jonka muodostavat heteropolyhappo tai sen suola, tai fosforihappo tai rikkihappo, ja polymeeri soveltuu yhteen epäorgaanisen yhdisteen kanssa. Esimerkkeinä orgaanisista polymeereistä, joita voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisen seoksen yhtenä komponenttina ovat poly(vinyylialko-holi), poly(vinyylifluoridi), polyetyleenioksidi, polyetylee-ni-imiini, polyakryylihappo, polyetyleeniglykoli, selluloosa-asetaatti, polyvinyylimetyylietyylieetteri, fenoliformalde-hydihartsit jne.The membrane in question consists of a mixture of an organic polymer and an inorganic compound, and the inorganic compound is selected from the group consisting of a heteropolyacid or a salt thereof, or phosphoric acid or sulfuric acid, and the polymer is compatible with the inorganic compound. Examples of organic polymers that can be used as one component of the composition of this invention include poly (vinyl alcohol), poly (vinyl fluoride), polyethylene oxide, polyethyleneimine, polyacrylic acid, polyethylene glycol, cellulose acetate, phenyl vinyl ethyl ether, ethyl ethyl methylethyl ether.

Esimerkkeinä heteropolyhapoista tai niiden suoloista, joita voidaan käyttää toisena komponenttina orgaaninen-epäorgaani-nen-seokscssa, jota käytetään membraanin muodostamiseen, ovat yhdisteet, joiden yleinen kaava on VXxYy°z» ’ nH2° jossa X valitaan ryhmästä, johon kuuluvat boori, alumiini, gallium, pii, germanium, tina, fosfori, arseeni, antimoni, vismutti, seleeni, telluuri, jodi ja alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ensimmäisen, toisen, kolmannen ja neljännen siirtymämetallien ryhmän metallit, ja Y merkitsee muuta kuin X ja se valitaan ainakin yhdestä alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ensimmäisen, toisen, kolmannen ja neljännen siirtymämetallien ryhmän metallista, A valitaan ryhmästä, johon kuuluvat vety, ammonium, natrium, kalium, litium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, kalsium, strontium ja barium, m on kokonaisluku noin 1-10, y on kokonaisluku 6-12, joka perustuu siihen, että x = 1, z on kokonaisluku 30-80 ja n on kokonaisluku 3-100.Examples of heteropolyacids or their salts which can be used as the second component in the organic-inorganic mixture used to form the membrane are compounds of the general formula VXxYy ° z »'nH2 ° where X is selected from the group consisting of boron, aluminum, gallium , silicon, germanium, tin, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, selenium, tellurium, iodine and metals of the first, second, third and fourth groups of transition metals of the Periodic Table of the Elements, and Y represents other than X and is selected from at least one of the first , a metal of the second, third and fourth groups of transition metals, A is selected from the group consisting of hydrogen, ammonium, sodium, potassium, lithium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium, m is an integer from about 1 to 10, y is an integer from 6 to 12 based on x = 1, z is an integer from 30 to 80, and n is an integer from 3 to 100.

Spesifisiä esimerkkejä näistä yhdisteistä ovat dodekamolybdo-fosforihappo, ammoniummolybdofosfaatti, natriummolybdofosfaatti, 6 83227 kaliummolybdofosfaatti, litiunnrolybdofosfaatti, kalsiumix>lyböofosfaatti, magnesiummolybdofosfaatti, dodekatungstofosforihappo, ammo-niumtungstofosfaatti, natriumtungstofosfaatti, kaliumtungsto-fosfaatti, litiumtungstofosfaatti, kalsiumtungstofosfaatti, magnesiumtungstofosfaatti, dodekamolybdopiihappo,· ammonium-molybdosilikaatti, natriummolybdosilikaatti, kaliummolybdo-silikaatti, litiummolybdosilikaatti, kalsiummolybdosilikaatti, magnesiummolybdosilikaatti, dodekamolybdogermaniumhappo, ammoniummolybdogermanaatti, natriummolybdogerraanaatti, kalium-molybdogermanaatti, litiummolybdogermanaatti, kalsiummolybdo-germanaatti, magnesiummolybdogermanaatti, heksamolybdotelluuri-happo, ammoniummolybdotelluraatti, natriummolybdotelluraat-ti, kaliummolybdotelluraatti, litiummolybdotelluraatti, kal-siummolybdotelluraatti, magnesiummolybdotelluraatti, dodeka-tungstopiihappo, ammoniumtungstosilikaatti, natriumtungsto-silikaatti, kaliumtungstosilikaatti, litiumtungstosilikaatti, kalsiumtungstosilikaatti, magnesiumtungstosilikaatti, jne.Specific examples of these compounds include dodekamolybdo phosphoric acid, ammoniummolybdofosfaatti, natriummolybdofosfaatti, 6 83227 kaliummolybdofosfaatti, litiunnrolybdofosfaatti, kalsiumix> lyböofosfaatti, magnesiummolybdofosfaatti, dodekatungstofosforihappo, amino-niumtungstofosfaatti, natriumtungstofosfaatti, kaliumtungsto phosphate, litiumtungstofosfaatti, kalsiumtungstofosfaatti, magnesiumtungstofosfaatti, dodekamolybdopiihappo · ammonium molybdosilikaatti, natriummolybdosilikaatti, kaliummolybdo silicate, litiummolybdosilikaatti, kalsiummolybdosilikaatti, magnesiummolybdosilikaatti, dodekamolybdogermaniumhappo, ammoniummolybdogermanaatti, natriummolybdogerraanaatti, potassium molybdogermanaatti, litiummolybdogermanaatti, kalsiummolybdo-germanates, magnesiummolybdogermanaatti, heksamolybdotelluuri acid, ammoniummolybdotelluraatti, natriummolybdotelluraat-acetate, kaliummolybdotelluraatti, litiummolybdotelluraatti, calcium siummolybdotelluraatti, magnesiummolybdotelluraatti, dodeca -tungstosilicic acid, ammonium tungstosilicate, sodium tungstosilicate, potassium tungstosilicate, lithium tungstosilicate, calcium tungstosilicate, magnesium tungstosilicate, etc.

Tämän keksinnön suojapiirissä saattaa myös olla mahdollista käyttää joitakin uranyyliyhdisteitä heteropolyhappona tai sen suolana. Näillä uranyyliyhdisteillä on yleinen kaava: a(uo2)xo4 · n h2o jossa A on valittu ryhmästä, johon kuuluvat vety, litium, natrium, kalium, ammonium, kupari, magnesium, kalsium, barium, strontium, lyijy, rauta, koboltti, nikkeli, mangaani ja alumiini, X on valittu ryhmästä, johon kuuluvat fosfori ja arseeni ja n on kokonaisluku 1-4. Spesifisinä esimerkkeinä näistä uranyyliyhdisteistä ovat uranyyliortofosfaatti, ura-nyyliortoarsenaatti, litiumuranyylifosfaatti, litiumuranyyli-arsenaatti, natriumuranyylifosfaatti, natriumuranyyliarse-naatti, kaliumuranyylifosfaatti, kaliumuranyyliarsenaatti, ammoniumuranyylifosfaatti, ammoniumuranyyliarsenaatti, kalsium-uranyylifosfaatti, kalsiumuranyyliarsenaatti, bariumuranyyli-fosfaatti, bariumuranyyliarsenaatti, kupariuranyylifosfaatti, kupariuranyyliarsenaatti, rautauranyylifosfaatti, rautauranyy-liarsenaatti, kobolttiuranyylifosfaatti, kobolttiuranyyliar-senaatti, nikkeliuranyylifosfaatti, nikkeliuranyyliarsenaatti, jne.Within the scope of this invention, it may also be possible to use some uranyl compounds as heteropolyacid or a salt thereof. These uranyl compounds have the general formula: a (uo2) xo4 · n h2o wherein A is selected from the group consisting of hydrogen, lithium, sodium, potassium, ammonium, copper, magnesium, calcium, barium, strontium, lead, iron, cobalt, nickel, manganese and aluminum, X is selected from the group consisting of phosphorus and arsenic and n is an integer from 1 to 4. As specific examples of these uranyyliyhdisteistä are uranyyliortofosfaatti, category nyyliortoarsenaatti, litiumuranyylifosfaatti, litiumuranyyli-arsenate, natriumuranyylifosfaatti, natriumuranyyliarse carbonate, kaliumuranyylifosfaatti, kaliumuranyyliarsenaatti, ammoniumuranyylifosfaatti, ammoniumuranyyliarsenaatti, calcium uranyylifosfaatti, kalsiumuranyyliarsenaatti, bariumuranyyli phosphate, bariumuranyyliarsenaatti, kupariuranyylifosfaatti, kupariuranyyliarsenaatti, rautauranyylifosfaatti, rautauranyy -liarenate, cobalt uranyl phosphate, cobalt uranyl arsenate, nickel uranyl phosphate, nickel uranyl arsenate, etc.

Il 7 83227Il 7 83227

Orgaaninen-epäorgaaninen-seoksen toinen komponentti on fosfo-rihappo tai rikkihappo. Esimerkkeinä fosforihapoista, joita voidaan käyttää, ovat hypofosforihappo, metafosforihappo, ortofosforihappo, pyrofosforihappo, polyfosforihappo; tai vesipitoinen rikkihappo, jota voi olla mukana noin 10 - noin 40 % rikkihappoa vesiliuoksessa. On tietenkin selvää, että edellä mainitut orgaaniset polymeerit ja fosforihapot tai rikkihappo ovat ainoastaan edustamassa sitä komponenttien luokkaa, joista voidaan valmistaa kyseessä olevan keksinnön mukaista membraaniseosta, ja että mainittu keksintö ei ole välttämättä niihin rajoittunut.The second component of the organic-inorganic mixture is phosphoric acid or sulfuric acid. Examples of phosphoric acids that can be used include hypophosphorous acid, metaphosphoric acid, orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid; or aqueous sulfuric acid, which may be present in about 10 to about 40% sulfuric acid in aqueous solution. It is, of course, clear that the above-mentioned organic polymers and phosphoric acids or sulfuric acid are only representative of the class of components from which the membrane mixture according to the present invention can be prepared, and that said invention is not necessarily limited thereto.

Samoin on selvää, että mainittu orgaanisten polymeeriyhdis-teiden sekä epäorgaanisten yhdisteiden luettelo on vain edustamassa niiden yhdisteiden luokkaa joita voidaan käyttää ky-sessä olevan keksinnön mukaisten orgaaninen-epäorgaaninen-seosten resepteissä, ja että tämä keksintö ei välttämättä ole rajoitettu niihin.It is also clear that said list of organic polymeric compounds as well as inorganic compounds is only representative of the class of compounds that can be used in the recipes of the organic-inorganic compositions of the present invention, and that the present invention is not necessarily limited thereto.

Kyseessä olevan keksinnön mukaisia uusia ainekoostumuksia valmistetaan sekoittamalla seoksen molemmat komponentit liuot-timeen, johon molemmat sekoittuvat, liuotinolosuhteissa riittävän pitkä aika, niin että muodostuu haluttu seos. Keksinnön parhaana pidetyssä suoritusmuodossa on molempiin sekoittuva liuotin, jota käytetään liuottamaan komponentit, vesi, vaikka keksinnön suorituspiirin katsotaan sopivan minkä tahansa muun liuottimen, johon molemmat sekoittuvat, joko epäorgaanisen tai orgaanisen luonteeltaan. Ainekoostumuksen kahden komponentin sekoittaminen voidaan suorittaa liuotusolo-suhteissa, so. lämpötilavälillä ympäristön lämpötilasta (20°-25°C) jopa käytetyn liuottimen kiehumapisteeseen saakka, mikä esimerkiksi veden tapauksessa on 100°C. Reaktioaika, mikä tarvitaan seoksen muodostumiseen, vaihtelee kulloinkin käytetyistä orgaanisista polymeereistä ja heteropolyhapoista tai niiden suoloista riippuen samoin kuin liuottimesta riippuen ja voi kestää noin 0,5 - noin 10 h tai enemmän. Reaktioajan kuluttua seos valetaan sopivan valupinnan päälle joka saattaa olla mitä tahansa riittävän tasaista materiaalia luonteeltaan, niin että pinta on ilman virheitä, jotka saattaisivat aiheut- 8 83227 taa membraanien pintaan epätasaisuutta. Esimerkkeinä sopivista valupinnoista ovat ruostumaton teräs, alumiini jne., lasi, polymeeri tai keraamiset pinnat. Kun liuos on valettu pinnalle, poistetaan liuotin millä tahansa konventionaalisella keinolla kuten esimerkiksi luonnollisen tai keinotekoisen haihdutuksen avulla käyttäen korkeampia lämpötiloja, jolloin mainittu liuotin haihtuu ja muodostuu haluttu membraani, joka on polymeeriseoksen muodostama ohut kalvo. Keksinnön mukaisessa parhaana pidetyssä suoritusmuodossa on orgaaninen-epäorgaaninen-yhdisteen polymeeriseoksen molekyylipaino välillä noin 2000 - noin 135 000 ja etiipäässä suurempi kuin 10 000. Kalvon paksuutta voidaan säädellä epäorgaanisen yhdisteen ja/tai orgaanisen polymeerin määrällä, joka on mukana liuotinseoksessa. Tässä suhteessa on otettava huomioon, että epäorgaanisen yhdisteen ja orgaanisen polymeerin suhde voi vaihdella suhteellisen laajoissa rajoissa. Epäorgaanista yhdistettä voi esimerkiksi olla mukana seoksessa noin 1-70 paino-% seoksesta, kun taas orgaanista polymeeriä voi olla mukana noin 99 - noin 30 paino-% seoksesta. Kyseessä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla valmistetun ohutkalvoi-sen orgaaninen-epäorgaaninen-seoksen paksuus voi olla välillä noin 0,1-50 ^,um ja se on edullisesti noin 5 - noin 20 ^,um.The novel compositions of matter of the present invention are prepared by mixing both components of the mixture in a solvent in which they both mix under solvent conditions for a time sufficient to form the desired mixture. In a preferred embodiment of the invention, the miscible solvent used to dissolve the components is water, although the scope of the invention is considered suitable for any other miscible solvent, either inorganic or organic in nature. The mixing of the two components of the composition of matter can be carried out under dissolution conditions, i. at a temperature ranging from ambient temperature (20 ° -25 ° C) up to the boiling point of the solvent used, which in the case of water, for example, is 100 ° C. The reaction time required for the formation of the mixture varies depending on the organic polymers and heteropolyacids or their salts used in each case, as well as depending on the solvent, and may take from about 0.5 to about 10 hours or more. After the reaction time, the mixture is cast on a suitable casting surface which may be of any sufficiently uniform material in nature so that the surface is free from defects which could cause unevenness in the surface of the membranes. Examples of suitable casting surfaces are stainless steel, aluminum, etc., glass, polymer or ceramic surfaces. Once the solution is cast on the surface, the solvent is removed by any conventional means such as natural or artificial evaporation using higher temperatures, whereby said solvent evaporates to form the desired membrane, which is a thin film formed by the polymer blend. In a preferred embodiment of the invention, the polymer blend of the organic-inorganic compound has a molecular weight of between about 2,000 to about 135,000 and more preferably greater than 10,000. The film thickness can be controlled by the amount of inorganic compound and / or organic polymer present in the solvent mixture. In this regard, it should be noted that the ratio of inorganic compound to organic polymer can vary within relatively wide limits. For example, the inorganic compound may be present in the mixture at about 1 to 70% by weight of the mixture, while the organic polymer may be present in about 99 to about 30% by weight of the mixture. The thickness of the thin-film organic-inorganic mixture prepared by the process of the present invention may range from about 0.1 to about 50, and is preferably from about 5 to about 20.

Kyseessä olevan keksinnön mukaisia polymeeriseosmembraaneja voidaan valmistaa panemalla edeltä käsin määrätty määrä kumpaakin seoksen komponenttia, nimittäin orgaanista polymeeriä ja epäorgaanista yhdistettä sopivaan laitteeseen kuten pulloon. Kun on lisätty molempiin sekoittuvaa liuotinta annetaan seoksen jäädä hyvin sekoitettuna ennalta määrätyksi ajaksi, joka on edellä esitetty. Esimerkiksi poly-(vinyylialkoholi) ja dodekamolybdofosforihappo voidaan panna pulloon ja liuottaa veteen, joka on kuumennettu 100°C:een. Halutun viipymisajan jälkeen liuos valetaan sopivalle valupinnalle ja vesi tai muu liuotin poistetaan. Tuloksena oleva polymeeriseosmembraa-ni otetaan sen jälkeen talteen ja käytetään sopivassa kaasujen erottamislaitteessa tai kaasun sensorilaitteessa.The polymer blend membranes of the present invention can be prepared by placing a predetermined amount of each component of the blend, namely the organic polymer and the inorganic compound, in a suitable device such as a bottle. After the addition of the miscible solvent, the mixture is allowed to remain well stirred for the predetermined time shown above. For example, poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphoric acid can be bottled and dissolved in water heated to 100 ° C. After the desired residence time, the solution is poured onto a suitable casting surface and the water or other solvent is removed. The resulting polymer blend membrane is then recovered and used in a suitable gas separation device or gas sensor device.

il 9 83227il 9 83227

Esimerkkeinä uusista ohutkalvoisista orgaaninen-epäorgaani-nen-polymeeriseoksista, joita voidaan valmistaa tämän keksinnön mukaisen menetelmän avulla, ovat poly(vinyylialkoholi)-dodekamolybdofosforihappo, poly(vinyylifluoridi)-dodekamolyb-dofosforihappo, selluloosa-asetaattidodekamolybdofosforihappo, polyetyleenioksididodekamolybdofosforihappo, polyetyleeni-glykolidodekamolybdofosforihappo, poly(vinyylialkoholi)-dode-katungstofosforihappo, poly(vinyylifluoridi)-dodekatungsto-fosforihappo, selluloosa-asetaattidodekatungstofosforihappo, polyetyleenioksididodekatungstofosforihappo, polyetyleeni-glykolidodekatungstofosforihappo, poly(vinyylialkoholi)-dode-kamolybdopiihappo, poly(vinyylifluoridi)-dodekamolybdopii-happo, selluloosa-asetaattidodekamolybdopiihappo, polyetylee-nioksididodekamolybdopiihappo, polyetyleeniglykolidodekamo-lybdopiihappo, poly(vinyylialkoholi)-ammoniummolybdofosfaatti, poly(vinyylifluoridi)-ammoniummolybdofosfaatti, selluloosa-asetaattiaiiuuoniummolybdofosfaatti, polyetyleenioksidiammonium, molybdofosfaatti, polyetyleeniglykoliammoniummolybdofosfaatti, poly(vinyylialkoholi)-uranyyliortofosfaatti, poly(vinyylifluoridi) -uranyyliortofosfaatti, selluloosa-asetaattiuranyyli-ortofosfaatti, polyetyleenioksidiuranyyliortofosfaatti, polyetyleeniglykoliuranyyliortofosfaatti, poly(vinyylialkoholi) -ortofosforihappo, poly(vinyylifluoridi)-ortofosforihappo, selluloosa-asetaattiortofosforihappo, polyetyleenioksidi-ortofosforihappo, polyetyleeniglykoliortofosforihappo, poly-(vinyylialkoholi)-pyrofosforihappo, poly(vinyylifluoridi)-pyrofosforihappo, selluloosa-asetaattipyrofosforihappo, poly-etyleenioksidipyrofosforihappo, polyetyleeniglykolipyrofos-forihappo, poly(vinyylialkoholi)-metafosforihappo, poly(vinyylif luoridi) -metafosforihappo, polyetyleenioksidimetafosfo-rihappo, polyetyleeniglykolimetafosforihappo, poly(vinyylialkoholi) -rikkihappo, poly(vinyylifluoridi)-rikkihappo, sel-luloosa-asetaattirikkihappo, polyetyleenioksidirikkihappo, polyetyleeniglykolirikkihappo jne.Examples of new thin film organic-inorganic-of-polymer mixtures, which can be prepared by the method of this invention are poly (vinyl alcohol) -dodekamolybdofosforihappo, poly (vinyl fluoride) -dodekamolyb-dofosforihappo, cellulose asetaattidodekamolybdofosforihappo, polyetyleenioksididodekamolybdofosforihappo, glykolidodekamolybdofosforihappo polyethylene, poly (vinyl alcohol ) -dode-katungstofosforihappo, poly (vinyl fluoride) -dodekatungsto phosphoric acid, cellulose asetaattidodekatungstofosforihappo, polyetyleenioksididodekatungstofosforihappo, glykolidodekatungstofosforihappo polyethylene, poly (vinyl alcohol) -dode-kamolybdopiihappo, poly (vinyl fluoride) -dodekamolybdopii acid, cellulose asetaattidodekamolybdopiihappo, polyethylene nioksididodekamolybdopiihappo , polyethylene glycol dodecamolybdic silicic acid, poly (vinyl alcohol) ammonium molybdophosphate, poly (vinyl fluoride) ammonium molybdophosphate, cellulose acetate ammonium molybdophosphate i polyetyleenioksidiammonium, molybdofosfaatti, polyetyleeniglykoliammoniummolybdofosfaatti, poly (vinyl alcohol) -uranyyliortofosfaatti, poly (vinyl fluoride) -uranyyliortofosfaatti, cellulose asetaattiuranyyli-orthophosphate, polyetyleenioksidiuranyyliortofosfaatti, polyetyleeniglykoliuranyyliortofosfaatti, poly (vinyl alcohol) -ortofosforihappo, poly (vinyl fluoride) -ortofosforihappo, cellulose asetaattiortofosforihappo, polyethylene oxide-orthophosphoric acid, polyetyleeniglykoliortofosforihappo, poly (vinyl alcohol) -pyrofosforihappo, poly (vinyl fluoride) -pyrofosforihappo, asetaattipyrofosforihappo-cellulose, poly-etyleenioksidipyrofosforihappo, polyetyleeniglykolipyrofos-phosphonic acid, poly (vinyl alcohol) -metafosforihappo, poly (vinyl-fluoride) -metafosforihappo, polyetyleenioksidimetafosfo- silicic acid, polyethylene glycol metaphosphoric acid, poly (vinyl alcohol) sulfuric acid, poly (vinyl fluoride) sulfuric acid, cellulose acetate sulfuric acid, polyethylene oxide sulfuric acid, polyethylene lycolic sulfuric acid, etc.

Jälleen on selvää, että edellä mainittu polymeeriseosten lista on ainoastaan polymeeriseosmembraanien luokkaa edustava, joita voidaan valmistaa tämän keksinnön mukaisen menetelmän 1° 83227 avulla, ja että mainittu keksintö ei välttämättä rajoitu niihin.Again, it is clear that the above-mentioned list of polymer blends is only representative of the class of polymer blend membranes that can be prepared by the method 1 ° 83227 of the present invention, and that said invention is not necessarily limited thereto.

Teknisenä lisäparannuksena voi olla edullista kerrostaa poly-meeriseosmembraani huokoisen alustan päälle rakenteen vahvistamiseksi. Kun reaktiovaihe on päättynyt, johon on viitattu edellä, seos valetaan sopivan pinnan päälle, mikä tuetun membraanin tapauksessa on huokoinen alusta. Membraanin rakenteelliseen vahvistamiseen käytetty huokoinen alusta sisältää yhdistettä, jonka huokoisuus on yhtä suuri tai suurempi kuin ohutkalvoisen epäorgaaninen-orgaaninen-seoksen huokoisuus. Keksinnön suorituspiirissä katsotaan voitavan käyttää mitä tahansa suhteellisen avohuokoista muotoa tai huokoista substraattia, jonka rakenteellinen lujuus on suurempi kuin ohutkalvoisen membraanin. Esimerkkeinä näistä huokoisista alustoista ovat lasikangas, polysulfoni, selluloosa-asetaatti, polyamidit jne. Huokoiselle alustalle valettavan seoksen määrä on sellainen, että se riittää muodostamaan ohutkalvoisen membraanin, jonka paksuus on edellä esitettyä suuruusluokkaa. Valamisen jälkeen molempiin sekoittuva liuotin kuten vesi, poistetaan konventionaalisin keinoin kuten luonnollisen haihtumisen tai haihduttamalla keinotekoisesti ulkopuolisen lämmön tai vakuumin käyttämisen jne. avulla ja haluttu membraani, joka on huokoisen alustan päälle kerrostettu ohut-kalvoseos, voidaan ottaa talteen ja käyttää jossakin sopivassa kaasujen erottamislaitteessa tai kaasusensorilaitteessa.As a further technical improvement, it may be advantageous to deposit a polymer blend membrane on a porous substrate to reinforce the structure. When the reaction step referred to above is completed, the mixture is cast on a suitable surface, which in the case of a supported membrane is a porous substrate. The porous support used for structural reinforcement of the membrane contains a compound having a porosity equal to or greater than the porosity of the thin-film inorganic-organic mixture. Within the scope of the invention, it is considered possible to use any relatively open-porous shape or porous substrate having a structural strength greater than that of a thin-film membrane. Examples of these porous substrates are glass cloth, polysulfone, cellulose acetate, polyamides, etc. The amount of mixture to be cast on the porous substrate is such that it is sufficient to form a thin-film membrane of the order of magnitude described above. After casting, a miscible solvent such as water is removed by conventional means such as natural evaporation or artificial evaporation using external heat or vacuum, etc. and the desired membrane, which is a thin-film mixture deposited on a porous substrate, can be recovered and used in a suitable gas separation or gas separation process. .

Tämän keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti valmistetuilla lujitetuilla membraaneilla on suhteellisesti suurempi rakenteellinen lujuus, minkä ansiosta membraaneja voidaan valmistaa ja käsitellä tehokkaammalla tavalla. Edellä mainittuja membraaneja voidaan käyttää joko vedyn sensoreina tai kaasujen erottamiseen. Kyseessä oleva laite voidaan valmistaa muodostamalla tukirakenteinen membraani ja saostamalla sen jälkeen laitteeseen tarvittava johtava metalli membraanin molemmille pinnoille. Esimerkiksi voidaan ruiskuttaa johtavaa metallia kuten platinaa, palladiumia, nikkeliä, kuparia jne. pinnoille sellainen määrä, että elektrodimateriaalin paksuus on noin 100-1000 A. Tämän jälkeen johtavaa ainetta molemmilla puolillaan 11 83227 sisältävä membraani voidaan asettaa sopivaan pitlmeen ja asentaa sähkökontaktl elektrodiin ja vastaelektrodiin. Rulskusaostus voi olla eräs johtavan materiaalin saostamis-tapa membraanin päälle ja se voi tapahtua panemalla polymeeri seosmembr aan! , joka on kerrostettuna huokoisen alustan päällä, ruiskusaostuskammioon ja ruiskuttamalla johtavaa ainetta sen päälle, kunnes on saavutettu mainitun johtavan metallin haluttu paksuus. Haluttua johtavaa metallia voidaan saostaa myös membraanin molemmille puolille millä tahansa muulla tekniikassa tunnetulla tavalla, kuten impregnoimalla jne.The reinforced membranes produced according to the method of the present invention have a relatively higher structural strength, which allows the membranes to be manufactured and processed in a more efficient manner. The above membranes can be used either as hydrogen sensors or for gas separation. The device in question can be manufactured by forming a support-structured membrane and then depositing the conductive metal required for the device on both surfaces of the membrane. For example, conductive metal such as platinum, palladium, nickel, copper, etc. can be sprayed onto surfaces in an amount such that the electrode material has a thickness of about 100-1000 A. The membrane containing conductive material on both sides can be placed in a suitable holder and mounted on the electrode and counter electrode. Roll precipitation can be one way of precipitating a conductive material over a membrane and can take place by placing a polymer in a composite membrane! , deposited on a porous substrate, in a spray deposition chamber and by spraying a conductive substance thereon until the desired thickness of said conductive metal is reached. The desired conductive metal can also be deposited on both sides of the membrane by any other means known in the art, such as by impregnation, etc.

Keksintö koskee sen vuoksi myös vedyn sensorilaitetta tai vedyn erottamislaitetta, jossa on membraani, metallielektro-dit mainitun membraanin molemmilla puolilla ja laitteet vetyä sisältävän kaasun tuomista varten ainakin membraanin toiselle pinnalle, ja joka tunnettu siitä, että membraani on ohutkalvoinen polymeeriseosmembraani, joka on seosta, jossa on epäorgaanista yhdistettä, joka on heteropolyhappo tai sen suola, fosforihappo ja rikkihappo, ja orgaanista polymeeriä, joka sekoittuu mainitun epäorgaanisen yhdisteen kanssa.The invention therefore also relates to a hydrogen sensor device or a hydrogen separation device having a membrane, metal electrodes on both sides of said membrane and devices for introducing a hydrogen-containing gas onto at least one surface of the membrane, characterized in that the membrane is a thin film polymer blend membrane. is an inorganic compound which is a heteropolyacid or a salt thereof, phosphoric acid and sulfuric acid, and an organic polymer miscible with said inorganic compound.

Voi olla edullista sekoittaa sähköä johtavia hiukkasia polymeeriä sisältävään koostumukseen, joka on muodostettu sekoittamalla yhteen heteropolyhappoa tai sen suolaa orgaanisen polymeerin kanssa, joka soveltuu yhteen mainitun heteropolyhapon tai sen suolan kanssa. Sähköä johtavilla hiukkasilla on halutut ominaisuudet, joiden ansiosta ne voivat katalysoida joidenkin kaasumaisten alkuaineiden dissosioitumista, so. kyky siirtää elektroneja hiukkasen läpi sen yhdeltä pinnalta sen toiselle pinnalle.It may be advantageous to mix the electrically conductive particles into a polymer-containing composition formed by mixing together a heteropolyacid or a salt thereof with an organic polymer compatible with said heteropolyacid or a salt thereof. The electrically conductive particles have the desired properties that allow them to catalyze the dissociation of some gaseous elements, i. the ability to transfer electrons through a particle from one surface to another.

Sähköä johtavilla hiukkasilla, joita lisätään seokseen, on kyky katalysoida joidenkin kaasumaisten alkuaineiden, pääasiassa vedyn dissosioitumista, vaikka myös kaasumaiset hiilivedyt, kuten metaani, etaani, propaani jne. saattavat dissosioitua, kun nämä hiukkaset vaikuttavat niihin. Keksinnön parhaana 12 83227 pidetyssä suoritusmuodossa ovat sähköä johtavat hiukkaset alkuaineiden jaksollisen järjestelmän VIII ryhmän metalleja tai näiden metallien lejeerinkejä, joko näiden tai muiden metallien kanssa. Erikoisen parhaana pidettyjä ovat metallit kuten platina, palladium, rutenium tai nikkeli tai lejeerin-git kuten platina-nikkeli, palladium-nikkeli, kupari-nikkeli, rutenium-nikkeli jne. Sähköä johtavat hiukkaset voivat olla näitä metalleja ja joko sellaisenaan alkuaineen muodossa tai metallit voidaan saostaa kiinteän kantaja-aineen päälle, jolla itsellään on sähköä johtavia ominaisuuksia. Esimerkkinä tämän tyyppisestä sähköä johtavasta kantaja-aineesta on kiinteä kerroksellinen rakenne, jossa on ainakin yksiatominen kerros hiilipitoista pyropolymeeristä ainetta, jossa on toistuvia yksiköitä, jotka sisältävät ainakin hiili- ja vetyatomeja, substraatin pinnalla, joka itse on suuren pinta-alueen omaavaa tulenkestävää epäorgaanista oksidia. Tällä suuren pinta-alueen omaavalla tulenkestävällä epäorgaanisella oksidilla on pinta-alue kooltaan noin 1-500 m /g ja niitä ovat tulenkestävät oksidit kuten alumiinioksidi eri muodoissaan kuten gamma-alumiinioksidi, beta-alumiinioksidi, theta-alumiinioksidi tai epäorgaanisten tulenkestävien oksidien seokset kuten silika-alumiinioksidi, silika-zirkoniumoksidi, zirkoniumoksidi-titaa-nioksidi, zirkoniumoksidi-aluminiumoksidi, zeoliitit jne. Epäorgaanisen kantaja-aineen muoto, jonka päälle hiilipitoista pyropolymeeriä saostetaan, voi olla mikä tahansa haluttu ja se voidaan valmistaa millä tahansa tekniikasta tunnetulla menetelmällä kuten marumerisoimalla, pelletöimällä, agglo-meroimalla jne.The electrically conductive particles added to the mixture have the ability to catalyze the dissociation of some gaseous elements, mainly hydrogen, although gaseous hydrocarbons such as methane, ethane, propane, etc. may also dissociate when exposed to these particles. In a preferred embodiment of the invention, the electrically conductive particles are Group VIII metals of the Periodic Table of the Elements or alloys of these metals, either with these or other metals. Particularly preferred are metals such as platinum, palladium, ruthenium or nickel or alloys such as platinum-nickel, palladium-nickel, copper-nickel, ruthenium-nickel, etc. The electrically conductive particles may be these metals and either as such in elemental form or the metals may be precipitates on a solid support which itself has electrically conductive properties. An example of this type of electrically conductive support is a solid layered structure having at least a monoatomic layer of a carbonaceous pyropolymer having repeating units containing at least carbon and hydrogen atoms on the surface of the substrate itself, which is a high surface area refractory inorganic oxide. This high surface area refractory inorganic oxide has a surface area of about 1-500 m / g and includes refractory oxides such as alumina in various forms such as gamma alumina, beta alumina, theta alumina or mixtures of inorganic refractory oxides such as silica. alumina, silica-zirconia, zirconia-titanium oxide, zirconia-alumina, zeolites, etc. The form of the inorganic support on which the carbonaceous pyropolymer is precipitated may be any desired and may be prepared by any method known in the art, such as mar by agglo-calibration, etc.

Eräässä kerrostetun rakenteen valmistusmenetelmässä epäorgaaninen kantaja-aine kuumennetaan lämpötilaan noin 400° - noin 1200°C pelkistävässä atmosfäärissä, joka sisältää orgaanista pyrolysoituvaa yhdistettä. Orgaanisen pyropolymeerin lähtöaineita, joita tavallisimmin ja mieluimmin käytetään, ovat esim. yhdisteet ryhmästä alifaattiset hiilivedyt kuten alkaanit etaani, propaani, butaani jne.; alkeenit kuten etyleeni, propyleeni, isomeeriset butyleenit; alkyynit kuten etyyni, propyyni, 1-butyyni jne.; alifaattiset halogeenijohdannaiset li 13 85227 kuten kloorimetaani, bromimetaani, hiilitetrakloridi, kloroformi jne; alifaattiset happijohdannaiset kuten metanoli, etanoli, propanonoli, glykoli, etyylieetteri, muurahaishappo, etikkahappo, asetoni, formaldehydi jne., alifaattiset rikki-johdannaiset kuten metyylimerkaptaani, etyylimerkaptaani, n-propyylimerkaptaani jne.; alifaattiset typpijohdannaiset kuten nitroetaani, nitropropaani, asetamidi, dimetyyliamiini jne.; alisykliset yhdisteet kuten sykloheksaani, sykloheptaani, syklohekseeni jne.; aromaattiset yhdisteet kuten bentseeni, tolueeni, bentsyylikloridi, anisoli, bentsaldehydi, asetofe-noni, fenoni, bentsoehappo jne.; ja heterosykliset yhdisteet kuten furaani, pyraani, kumariini jne. Kuten voidaan nähdä, käytettävissä on erittäin laaja valikoima orgaanisia pytolysoi-tuvia aineita, koska lähes mikä tahansa orgaaninen aine, joka voidaan höyrystää, hajottaa ja polymeroida tulenkestävän oksidin päällä kuumennettaessa, kelpaa. Tuloksena olevassa hiiltä sisältävässä pyropolymeerissä on toistuvia yksiköitä, jotka sisältävät ainakin hiili- ja vetyatomeja; kuitenkin riippuen pyropolymeerin lähtöaineesta, joka on valittu, voi pyropolymeeri sisältää myös muita atomeja kuten typpeä, happea, rikkiä tai metalleja kuten esimerkiksi silloin kun on käytetty organometalliyhdistettä pyropolymeerin lähtöaineena.In one method of making a layered structure, the inorganic carrier is heated to a temperature of about 400 ° to about 1200 ° C in a reducing atmosphere containing an organic pyrolyzable compound. Organic pyropolymer starting materials which are most commonly and preferably used include, for example, compounds from the group consisting of aliphatic hydrocarbons such as alkanes, ethane, propane, butane, etc .; alkenes such as ethylene, propylene, isomeric butylenes; alkynes such as ethylene, propyne, 1-butyne, etc .; aliphatic halogen derivatives li 13 85227 such as chloromethane, bromomethane, carbon tetrachloride, chloroform, etc .; aliphatic oxygen derivatives such as methanol, ethanol, propanol, glycol, ethyl ether, formic acid, acetic acid, acetone, formaldehyde, etc., aliphatic sulfur derivatives such as methyl mercaptan, ethyl mercaptan, n-propyl mercaptan, etc .; aliphatic nitrogen derivatives such as nitroethane, nitropropane, acetamide, dimethylamine, etc .; alicyclic compounds such as cyclohexane, cycloheptane, cyclohexene, etc .; aromatic compounds such as benzene, toluene, benzyl chloride, anisole, benzaldehyde, acetophenone, phenone, benzoic acid, etc .; and heterocyclic compounds such as furan, pyran, coumarin, etc. As can be seen, a very wide variety of organic pytolyzable substances are available because almost any organic substance that can be vaporized, decomposed, and polymerized upon heating with refractory oxide is suitable. The resulting carbon-containing pyropolymer has repeating units containing at least carbon and hydrogen atoms; however, depending on the pyropolymer starting material selected, the pyropolymer may also contain other atoms such as nitrogen, oxygen, sulfur or metals such as when an organometallic compound is used as the pyropolymer starting material.

Eräässä toisessa suoritusmuodossa voidaan kerrostettu rakenne valmistaa impregnoimalla tulenkestävä epäorgaaninen oksidi-substraatti hiilihydraattiaineen liuoksella kuten dekstroo-silla, sakkaroosilla, fruktoosilla, tärkkelyksellä jne. ja sen jälkeen kuivata impregnoitu· 'kantaja-aine.Kuivaamisen jälkeen pannaan impregnoitu kantaja-aine sitten pyrolyysilämpötiloi-hin, jotka on edellä esitetty, jolloin muodostuu hiiltä sisältävää pyro polymeeriä, joka on luonteeltaan samanlaista kuin edellä selostetut, ainakin yksiatomisena kerroksena tulenkestävän epäorgaanisen oksidikantaja-aineen pinnalle.In another embodiment, the layered structure can be prepared by impregnating a refractory inorganic oxide substrate with a solution of a carbohydrate agent such as dextrose, sucrose, fructose, starch, etc., and then drying the impregnated carrier. as described above, forming a carbon-containing pyro-polymer similar in nature to those described above, at least as a monoatomic layer on the surface of a refractory inorganic oxide support.

Tällä tavoin muodostunut kantaja-aine voidaan sitten impregnoida liuoksilla tai alkuaineiden jaksollisen järjestelmän VIII ryhmän metallien ko-liuoksilla, jolloin saadaan haluttuja sähköä johtavia hiukkasia. Kun on saatu haluttu hiukkas-koko, jonka karkeusaste tullaan jäljempänä esittämään yksi- i4 83227 tyiskohtaisemmin millä tahansa tekniikasta tunnetulla menetelmällä kuten jauhamalla, pölyttämällä jne., jolloin kantaja-aine muodostuu haluttuun hiukkaskokoon, impregnoiminen voidaan suorittaa käsittelemällä kantaja-ainetta halutun metallin vesi- tai orgaanisella liuoksella, niin että mainittu metalli saostuu hiiltä sisältävän pyropolymeerisen kantaja-aineen pinnalle. Hiiltä sisältävän pyropolymeerin impregnoi-miseen käytettävä liuos on etupäässä vettä sisältävä; esimerkkejä näistä vesiliuoksista ovat klooriplatina(4)happo, kloori-platina (2)happo, bromiplatina(4)happo, platina(4)kloridi, platina(2)kloridi samoin kuin vastaavat palladiumin, rute-niumin, nikkelin jne. liuokset. Kun rakenne on impregnoitu, liuotin voidaan poistaa kuumentamalla lämpötilavälillä noin 100° - noin 400°C riippuen kulloinkin käytetystä liuottimesta, johon metalliyhdiste on liuotettu, ja mainittu lämpötila on se, joka riittää haihduttamaan liuottimen ja jättää metallin impregnoituneena hiilipitoisen pyropolymeerirakenteen pinnalle. Tämän jälkeen rakenne voidaan kuivata korkeammissa lämpötiloissa, noin 100° - noin 200°C noin 2-6 h tai kauemmin.The support thus formed can then be impregnated with solutions or co-solutions of Group VIII metals of the Periodic Table of the Elements to give the desired electrically conductive particles. Once the desired particle size has been obtained, the degree of roughness of which will be described in more detail below by any method known in the art, such as grinding, dusting, etc., to form the desired particle size, the impregnation can be carried out by treating the carrier with water or water. with an organic solution so that said metal precipitates on the surface of the carbon-containing pyropolymeric support. The solution used to impregnate the carbon-containing pyropolymer is primarily aqueous; examples of these aqueous solutions are chloroplatinum (4) acid, chloroplatinum (2) acid, bromoplatinum (4) acid, platinum (4) chloride, platinum (2) chloride as well as the corresponding solutions of palladium, ruthenium, nickel, etc. Once the structure is impregnated, the solvent can be removed by heating at a temperature in the range of about 100 ° to about 400 ° C depending on the solvent in which the metal compound is dissolved, said temperature being sufficient to evaporate the solvent and leave the metal impregnated on the carbonaceous pyropolymer structure. The structure can then be dried at higher temperatures, from about 100 ° to about 200 ° C for about 2-6 hours or longer.

Tämän jälkeen metallilla impregnoitu hiilipitoinen pyropoly-meerikantaja-aine voidaan sitten panna pelkistysvaiheeseen pelkistävässä atmosfäärissä tai väliaineessa kuten vedyssä ja kohotetuissa lämpötiloissa noin 200° - noin 600°C tai sen yli noin 0,5-4 h ajaksi tai kauemmaksi ajaksi, jolloin metalli-yhdiste pelkistyy alkuainemetallin tilaan.The metal-impregnated carbonaceous pyropolymer support can then be subjected to a reduction step in a reducing atmosphere or medium such as hydrogen and at elevated temperatures of about 200 ° to about 600 ° C or more for about 0.5 to 4 hours or longer, wherein the metal compound is reduced to the elemental metal state.

Sähköä johtavien hiukkasten koko, jotka on määrä lisätä edellä selostettuun polymeeriseokseen, on riittävän suuri niin että ohutkalvomembraania muodostettaessa, jonka integraa-lisena osana mainitut hiukkaset ovat, mainittujen hiukkasten pinnat tulevat olemaan ohutkalvoisen polymeeriseoksen pinnoissa täi ne ulottuvat yli polymeeriseoksen pintojen, joka on membraanin toinen integraalinen osa. Kuten edellä on esitetty, ohutkalvo-ireirbraanin paksuus on välillä noin 0,1 - noir. 50 yUm ja etupäässä noin 5-20 ^um. Sen vuoksi tulisi metalli- tai metallilla päällystettyjen hiukkasten karkeusasteen olla noin 0,5 - noin 55 ^,um.The size of the electrically conductive particles to be added to the polymer blend described above is large enough that when forming a thin film membrane of which said particles are an integral part, the surfaces of said particles will be on the surfaces of the thin film blend beyond the surfaces of the polymer blend. part. As discussed above, the thickness of the thin film ireirbran is between about 0.1 and noir. 50 μm and mainly about 5-20 μm. Therefore, the metal or metal-coated particles should have a degree of roughness of about 0.5 to about 55.

Kyseessä olevan keksinnön mukainen uusi ohutkalvoinen orgaa-ninen-epäorgaaninen-membraani voidaan valmistaa sekoittamalla li 15 83227 seoksen kaksi komponenttia, so. heteropolyhappo tai sen suola ja polymeeriyhdiste, joka sekoittuu ainakin osaksi mainitun hapon tai suolan kanssa, molempiin sekoittuvaan liuottimeen liuotusolosuhteissa riittävän kauan, niin että haluttu seos syntyy. Keksinnön parhaana pidetyssä suoritusmuodossa molempiin sekoittuva liuotin, jota käytetään liuottamaan komponentit on vesi, vaikkakin keksinnön suojapiirissä katsotaan mahdolliseksi käyttää mitä muuta molempiin sekoittuvaa liuotinta hyvänsä, luonteeltaan joko orgaanista tai epäorgaanista.The novel thin-film organic-inorganic membrane according to the present invention can be prepared by mixing the two components of the mixture. a heteropolyacid or a salt thereof and a polymeric compound which is at least partially miscible with said acid or salt in a miscible solvent under both dissolution conditions for a time sufficient to form the desired mixture. In a preferred embodiment of the invention, the miscible solvent used to dissolve the components is water, although it is considered within the scope of the invention to use any other miscible solvent, whether organic or inorganic in nature.

Seoksen kahden komponentin sekoittaminen voidaan suorittaa liuotusolosuhteissa, joissa lämpötila on ympäristön lämpötilan (20°-25°C) ja molempiin sekoittuvan liuottimen kiehuma-pisteen välillä, esimerkiksi veden ollessa kyseessä 100°C. Sähköä johtavat hiukkaset lisätään liuokseen ja liuos sekoitetaan hyvin perinpohjaisesti millä tavalla tahansa kuten sekoittamalla, ravistamalla, pyörittämällä jne. Keksinnön parhaana pidetyssä suoritusmuodossa voidaan myös lisätä minkä tahansa tyyppistä tekniikasta hyvin tunnettua dispergoimis-ainetta liuokseen varmistamaan, etteivät hiukkaset muodosta keskenään kokkareita tai agglomeroidu, vaan dispergoituvat tasaisesti liuokseen. Reaktioaika, mikä tarvitaan halutun seoksen muodostumiseen, vaihtelee kulloinkin käytettävästä orgaanisesta polymeeristä ja heteropolyhaposta tai niiden suoloista samoin kuin liuottimesta riippuen ja se voi kestää noin 0,5 tunnista noin 10 tuntiin tai yli. Kun reaktioaika on kulunut, voidaan seos valaa sopivan valupinnan päälle, mikä voi olla mitä tahansa sopivaa ainetta, jolla on halutut ominaisuudet niin että se tarjoaa virheettömän pinnan eikä aiheuta epätasaisuutta membraanin pinnoille. Esimerkkeinä sopivista valupinnoista, joita voidaan käyttää, ovat metallit kuten ruostumaton teräs, alumiini jne., lasi, keramiikka tai polymeerit. Kun liuos on valettu pinnalle voidaan liuotin sitten poistaa millä konventionaalisella tavalla tahansa kuten luonnollisen haihtumisen tai keinotekoisen haihduttamisen avulla kohdistamalla korkeampia lämpötiloja valupin-nalle, jolloin mainittu liuotin haihtuu ja muodostuu haluttu ohutkalvomembraani, joka on polymeeriseosta, joka sisältää siihen tasaisesti dispergoituneita sähköä johtavia hiukkasia.The mixing of the two components of the mixture can be carried out under dissolution conditions at a temperature between ambient temperature (20 ° -25 ° C) and the boiling point of the solvent miscible in both, for example 100 ° C in the case of water. The electrically conductive particles are added to the solution and the solution is mixed very thoroughly by any means such as mixing, shaking, rotating, etc. In a preferred embodiment of the invention, any type of dispersant well known in the art may also be added to the solution to ensure that the particles do not clump or agglomerate. evenly into solution. The reaction time required to form the desired mixture varies depending on the organic polymer and heteropolyacid or their salts used, as well as the solvent, and may range from about 0.5 hours to about 10 hours or more. After the reaction time has elapsed, the mixture can be poured onto a suitable casting surface, which can be any suitable material having the desired properties so as to provide a flawless surface and not cause unevenness to the membrane surfaces. Examples of suitable casting surfaces that can be used are metals such as stainless steel, aluminum, etc., glass, ceramics or polymers. Once the solution is poured on the surface, the solvent can then be removed by any conventional means such as natural evaporation or artificial evaporation by applying higher temperatures to the casting surface, said solvent evaporating to form the desired thin film membrane, a polymer blend containing uniformly dispersed electrically conductive electrically.

i6 83227i6 83227

Vaihtoehtoisesti voidaan membraani muodostaa myös uudelleen saostamalla liuos ei-liuottavasta aineesta. Esimerkkejä käytettävistä ei-liuottavista aineista ovat alemmat alkoholit kuten metanoli, etanoli, propanoli jne.; paraffiini-hiili-vedyt kuten pentaani, heksaani, heptaani jne.; klooratut hiilivedyt kuten kloroformi, bromoformi, hiilitetrakloridi, diklooribentseeni, metyleenikloridi jne.; ketonit kuten asetoni, metyylietyyliketoni, metyylipropyyliketoni jne,; karboksyylihapot kuten muurahaishappo, etikkahappo, propio-nihappo, trikloorietikkahappa jne.; esterit kuten metyyliase-taatti, etyyliasetaatti, metyyliakrylaatti, metyylimetakry-laatti jne.; tetrahydrofuraani jne.; samoin kuin konsentroidut suolaliuokset. On tietenkin selvää, että kulloinkin käytettävä ei-liuottava aine on riippuvainen kulloinkin käytettävästä polymeeristä ja heteropolyhaposta tai sen suolasta, joka sekoitetaan joukkoon muodostamaan haluttua epäorgaaninen-orgaaninen-polymeeriseosta.Alternatively, the membrane can also be reconstituted by precipitating the solution from a non-solubilizing agent. Examples of the non-solvent to be used include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, etc .; paraffin-hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, etc .; chlorinated hydrocarbons such as chloroform, bromoform, carbon tetrachloride, dichlorobenzene, methylene chloride, etc .; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, etc .; carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, trichloroacetic acid, etc .; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, methyl acrylate, methyl methacrylate, etc .; tetrahydrofuran, etc .; as well as concentrated saline solutions. It will be appreciated, of course, that the non-solvent used in each case depends on the polymer used and the heteropolyacid or salt thereof which is mixed together to form the desired inorganic-organic polymer blend.

Keksinnön mukaisen membraanin vaihtoehtoisena valmistusmenetelmänä voidaan heteropolyhappo tai sen suola ja orgaaninen polymeeri sekoittaa keskenään samanlaisella tavalla kuin edellä on selostettu liuotusolosuhteissa ja antaa niiden reagoida riittävän pitkä aika halutun seoksen muodostumiseksi. Seos voidaan sitten valaa sopivalle valupinnalle ja sähköä johtavia hiukkasia voidaan sitten lisätä seokseen valupinnan päälle siten, että varmistetaan hiukkasten tasainen ja yhtenäinen jakautuminen koko seokseen. Tämän jälkeen liuottimen annetaan haihtua ja otetaan tuloksena oleva membraani talteen. Liuotin voidaan poistaa myös uudelleensaostamalla liuos ei-liuottavassa aineessa, joka on edellä selostettua tyyppiä.As an alternative method of preparing the membrane of the invention, the heteropolyacid or a salt thereof and the organic polymer may be mixed with each other in a manner similar to that described above under dissolution conditions and allowed to react long enough to form the desired mixture. The mixture can then be poured onto a suitable casting surface and electrically conductive particles can then be added to the mixture over the casting surface so as to ensure an even and uniform distribution of the particles throughout the mixture. The solvent is then allowed to evaporate and the resulting membrane is recovered. The solvent can also be removed by reprecipitating the solution in a non-solvent of the type described above.

Kyseessä olevan keksinnön mukaisten membraanien spesifisenä valmistusesimerkkinä voidaan ennalta määrätty määrä kumpaakin seoksen komponenttia, nimittäin orgaanista polymeeriä ja heteropolyhappoa tai sen suolaa, panna sopivaan laitteeseen kuten pulloon. Kun molempiin sekoittuva liuotin on kuumennettu ja seoksen komponentit ovat liuenneet, voidaan lisätä sähköäAs a specific example of the preparation of the membranes according to the present invention, a predetermined amount of each component of the mixture, namely the organic polymer and the heteropolyacid or its salt, can be placed in a suitable device such as a bottle. Once the miscible solvent has been heated and the components of the mixture have dissolved, electricity can be added

IIII

i7 83227 johtavan aineen hiukkasia, jotka ovat edellä selostettua tyyppiä, ja kun on sekoitettu erittäin tehokkaasti annetaan seoksen olla riittävän kauan jotta seos muodostuisi ja sen jälkeen valetaan se sopivan valupinnan päälle. Vielä spesifi-sempänä esimerkkinä voidaan poly(vinyylialkoholi) ja dodeka-molybdofosfOrihappo panna pulloon ja liuottaa ne veteen, joka on kuumennettu lämpötilaan 100°C. Tämän jälkeen voidaan lisätä sähköä johtavan aineen kuten platinan hiukkasia, jotka on kerrostettu kiinteän kantaja-aineen pinnalle, joka muodostuu ainakin yhdestä yksiatomisesta kerroksesta hiiltä sisältävää pyropolymeeriä, jossa on toistuvia yksiköitä jotka sisältävät ainakin hiili- ja vetyatomeja substraatin pinnalla, joka itse on tulenkestävää, suuren pinta-alueen omaavaa epäorgaanista oksidia, ja liuosta sekoitetaan perinpohjaisesti ravistamalla. Kun liuos on seisonut halutun ajan, liuos valetaan sopivan valupinnan, kuten lasin päälle ja vesi poistetaan. Tuloksena oleva polymeeriseosmembraani, joka sisältää sähköä johtavia hiukkasia, jotka muodostavat membraanin osan ja joiden pinnat ovat mukana polymeerin pinnoissa tai ulottuvat niiden yli, otetaan talteen ja käytetään jossakin sopivassa kaasujen erottamislaitteessa tai kaasujen sensorilait-teessa.i7 83227 conductive material particles of the type described above, and after mixing very efficiently, the mixture is allowed to stand long enough for the mixture to form and then cast on a suitable casting surface. As an even more specific example, poly (vinyl alcohol) and dodeca-molybdophosphonic acid can be placed in a flask and dissolved in water heated to 100 ° C. Particles of an electrically conductive material such as platinum deposited on the surface of a solid support consisting of at least one monoatomic layer of a carbon-containing pyropolymer having repeating units containing at least carbon and hydrogen atoms on the surface of the substrate itself, refractory can then be added. inorganic oxide having a surface area, and the solution is mixed thoroughly by shaking. After standing for the desired time, the solution is poured onto a suitable casting surface, such as glass, and the water is removed. The resulting polymer blend membrane, which contains electrically conductive particles that form part of the membrane and whose surfaces are present on or extend over the surfaces of the polymer, is recovered and used in any suitable gas separation device or gas sensor device.

Membraaneja, jotka muodostuvat seoksesta, jossa on hetero-polyhappoa tai sen suolaa ja orgaanista polymeeriä joka sisältää sähköä johtavia hiukkasia, joiden pinnat ovat mukana seoksen pinnoissa tai ulottuvat niiden yli, voidaan käyttää tasaisena pintana tai putken muodossa. Putki, joka muodostuu polymeeriseoksesta, jossa on sähköä johtavia hiukkasia, voidaan valmistaa työntämällä seos puristusmuotin läpi varmistaen että putken sydän on ontto. Kun tämän tyyppistä konstruktiota halutaan, voidaan sähköä johtavat hiukkaset lisätä liuokseen ennen kuin putki on muodostettu, jolloin kunkin hiukkasen yksi pinta suuntautuu putken sisäänpäin ja hiukkasen toinen pinta on putken ulkopinnalla sen osana tai ulottuu sen yli. Muodostetun putken koko voi vaihdella suhteellisen laajasti ja putken seinämien paksuus on riippuvainen käyttötavasta.Membranes consisting of a mixture of a hetero-polyacid or a salt thereof and an organic polymer containing electrically conductive particles whose surfaces are present on or extend over the surfaces of the mixture can be used as a flat surface or in the form of a tube. Tubes consisting of a polymer blend with electrically conductive particles can be made by pushing the mixture through a compression mold, ensuring that the core of the tube is hollow. When this type of construction is desired, electrically conductive particles can be added to the solution before the tube is formed, with one surface of each particle facing inwardly of the tube and the other surface of the particle being on or extending beyond the outer surface of the tube. The size of the formed tube can vary relatively widely and the thickness of the walls of the tube depends on the mode of use.

18 8322718 83227

Seuraavat esimerkit on annettu kyseessä olevan keksinnön mukaisten uusien membraanien valaisemistarkoituksessa. On kuitenkin otettava huomioon, että nämä esimerkit ovat luonteeltaan ainoastaan asiaa havainnollistavia ja että kyseessä oleva menetelmä ei välttämättä rajoitu niihin.The following examples are provided for the purpose of illuminating the novel membranes of the present invention. It must be borne in mind, however, that these examples are merely illustrative in nature and that the method in question is not necessarily limited to them.

Esimerkki IExample I

Valmistettiin uusi polymeeriseosmembraani liuottamalla poly-(vinyylialkoholia) ja dodekamolybdofosforihappoa kiehuvaan deionoituun veteen, ja orgaanisen polymeerin ja heteropoly-hapon määrät olivat sellaiset, että tuloksena olevassa poly-meeriseosmembraanissa oli painosuhde 50/50. Liuos kaadettiin sitten haihdutusastiaan ja veden annettiin haihtua 16 h ajan. Tuloksena oleva seoskalvo oli väriltään keltaisen vihreä ja sen paksuus oli 20 ^um.A new polymer blend membrane was prepared by dissolving poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphoric acid in boiling deionized water, and the amounts of organic polymer and heteropolyacid were such that the resulting polymer blend membrane had a weight ratio of 50/50. The solution was then poured into an evaporation vessel and the water was allowed to evaporate for 16 h. The resulting blend film was yellow-green in color and had a thickness of 20.

Ohutkalvomembraani leikattiin pyöreäksi laataksi, jonka dia-metri oli 2,5 cm ja elektrodit ruiskudispergoitiin laatan molemmille puolille. Elektrodiaine oli platinaa ja sen paksuus oli noin 10C - noin 200 A ja diametri noin 1,2 cm. Tämän jälkeen kalvo pantiin teflonpidikkeeseen ja sähkökontakti asennettiin elektrodeihin kuparilaattojen läpi. Membraanien toisella puolella pidettiin yllä vedynpainetta 1 atmosfääri ja käyttöelektrodiin ohjattiin vetyä, joka sisälsi riittävän määrän vettä vesihöyryn muodossa niin että suhteellinen kosteus pidettiin vähintään 30 %:ssa vedyn osapaineen ollessa 0,02 atmosfääriä. Tämän kokeen tulos osoitti vedyn virtauksek- 3 2 si 445 x 10 m /m *h ja sähkövirran voimakkuudeksi 1,337 x 10 ^ mA.The thin film membrane was cut into a round plate with a diameter of 2.5 cm and the electrodes were syringe dispersed on both sides of the plate. The electrode material was platinum and had a thickness of about 10 ° C to about 200 Å and a diameter of about 1.2 cm. The film was then placed in a Teflon holder and an electrical contact was installed on the electrodes through copper plates. On the other side of the membranes, a hydrogen pressure of 1 atmosphere was maintained and hydrogen was introduced into the working electrode containing a sufficient amount of water in the form of water vapor so that the relative humidity was maintained at at least 30% with a hydrogen partial pressure of 0.02 atmospheres. The result of this experiment showed a hydrogen flow of 445 x 10 m / m * h and an electric current of 1.337 x 10 mA.

Lisäksi suoritettiin useita analyysejä kalvosta sen ratkaisemiseksi, oliko kalvo yksifaasclnen vai kaksi faasinen. Seos-filmi todettiin optisesti läpinäkyväksi, eikä mitään faasien eroamista havaittu, kun kalvoa tarkasteltiin optisen tai pyyhkäisyelektronimikroskoopin (SEM) kanssa. Aineelle suoritettiin myös lasimaiseksi muuttumislämpötilan mittaus, sillä lasimaiseksi muuttumislämpötila tai polymeeriseoksen lämpö- is 83227 tilojen mittaus on kaikkein tavallisimmin käytetty kriteeri seoksessa olevien faasien lukumäärän ratkaisemiseksi. Esimerkiksi yhden faasin orgaaninen-epäorgaaninen-seoksella on yksi ainoa lasimaiseksi muuttumislämpötila komponenttien lämpötilojen välillä, kun taas kaksifaasisessa systeemissä on kaksi erillistä lämpötilaa. Poly(vinyylialkoholilla) on tunnettu lasimaiseksi muuttumislämpötila, noin 71°C, kun taas dodekamolybdofosforihapon sulamispiste on noin 84°C. Edellä olevien kohtien mukaisesti valmistetun kalvon DSC-kalorimetri-tutkimuksessa oli huippu 78°C:ssa, mutta ei havaittu mitään huippuja lämpötiloissa, jotka vastaavat poly(vinyylialkoho-lin) lasimaiseksi muuttumislämpötiloja tai dodekamolybdofosforihapon sulamispistettä.In addition, several analyzes were performed on the film to determine if the film was single-phase or two-phase. The blend film was found to be optically transparent, and no phase separation was observed when the film was viewed with an optical or scanning electron microscope (SEM). The glass was also subjected to a glass transition temperature measurement, as the glass transition temperature or the temperature of the polymer blend 83227 space measurement is the most commonly used criterion for deciding the number of phases in a blend. For example, a single-phase organic-inorganic mixture has a single glass transition temperature between component temperatures, while a two-phase system has two separate temperatures. Poly (vinyl alcohol) has a known glass transition temperature, about 71 ° C, while dodecamolybdophosphoric acid has a melting point of about 84 ° C. The DSC-Calorimeter study of the film prepared according to the above sections had a peak at 78 ° C, but no peaks were observed at temperatures corresponding to the glass transition temperatures of poly (vinyl alcohol) or the melting point of dodecamolybdophosphoric acid.

Kalvon infrapunaspektroskopia osoitti voimakkaita juovia aallonpituuksilla 820 cm-*, 885 cm *, 972 cm-1 ja 1075 cm-1. Tämä analyysi todistaa, että juovat liittyvät molekyylin-sisäiseen sidokseen poly(vinyylialkoholin) ja dodekamolybdofosforihapon välillä. Näiden analyysien lisäksi havaittiin, että seoskalvolla on suurempi vetolujuus ja moduuli kuin sekä poly(vinyylialkoholilla) että dodekamolybdofosforihapolla, ja vetolujuuden ja moduulin kasvaminen ovat ehkä tulosta voimakkaammasta vetysidoksesta, mikä johtuu yksifaasisen aineen muodo stumises ta.Infrared spectroscopy of the film showed strong streaks at 820 cm-1, 885 cm-*, 972 cm-1 and 1075 cm-1. This analysis proves that the bands are related to the intramolecular bond between poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphoric acid. In addition to these analyzes, it was found that the alloy film has a higher tensile strength and modulus than both poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphoric acid, and the increase in tensile strength and modulus may be the result of a stronger hydrogen bond due to single phase formation.

Esimerkki IIExample II

Valmistettiin vielä muita orgaaninen polymeeri-heteropoly-happoseos-membraaneja käyttäen samanlaista menetelmää kuin on esitetty esimerkissä I edellä. Membraanit valmistettiin käyttäen eri poly(vinyylialkoholi) (PVA)/dodekamolybdofosfori-happo (DMPA) panostuksia. Valmistetut kalvot sisälsivät panoksina 90 % PVA/10 % DMPA, 75 % PVA/25 % DMPA ja 40 % PVA/60 % DMPA ja niitä merkittiin vastaavasti A-, B- ja C-kirjaimilla. Kunkin kalvon paksuus oli noin 20 ^um ja talteenoton jälkeen ne leikattiin 2,5 cm:n läpimittaisiksi laatoiksi. Platina-elektrodit ruiskudispergoitiin laatan molemmille puolille noin 100 A paksuisiksi kerroksiksi. Elektrodimembraanikerrostet-ta käytettiin sitten samanlaisella tavalla kuin on esitetty 20 8 3 2 2 7 esimerkissä I edellä kaasujen erottamislaitteessa vedyn osa-paineessa 0,02 atmosfääriä, joka oli saatu sekoittamalla vetyä, joka sisälsi riittävän määrän vettä vesihöyryn muodossa, jotta suhteellinen kosteus pysyi ainakin 30-prosenttisena, ja joko heliumia tai typpeä. Vedyn virtaaminen seosmembraa-nien läpi tapahtui huoneenlämmössä ja tulokset olivat seuraa-vat; I(mA) tarkoittaa sähkövirtaa: 3 2Still other organic polymer-heteropoly acid blend membranes were prepared using a method similar to that described in Example I above. Membranes were prepared using different poly (vinyl alcohol) (PVA) / dodecamolybdophosphoric acid (DMPA) batches. The prepared films contained 90% PVA / 10% DMPA, 75% PVA / 25% DMPA and 40% PVA / 60% DMPA in batches and were marked with the letters A, B and C, respectively. Each film was about 20 μm thick and, after recovery, was cut into 2.5 cm diameter plates. The platinum electrodes were spray dispersed on both sides of the plate into layers about 100 Å thick. The electrode membrane layers were then used in a manner similar to that shown in Example 8 above in a gas separator at a hydrogen partial pressure of 0.02 atmospheres obtained by stirring hydrogen containing sufficient water in the form of water vapor to maintain a relative humidity of at least 30%. as a percentage, and either helium or nitrogen. Hydrogen flow through the mixture membranes occurred at room temperature and the results were as follows; I (mA) means electric current: 3 2

Membraani I(mA) Virtaama (m /m xh) A 5 x 10"4 1,71 x 10~6 B 3,1 x 10-2 103,3 x 10-6 C 1,337 x 10'1 445 x 10~6Membrane I (mA) Flow rate (m / m xh) A 5 x 10 "4 1.71 x 10 ~ 6 B 3.1 x 10-2 103.3 x 10-6 C 1.337 x 10'1 445 x 10 ~ 6

Esimerkki IIIExample III

Samanlaisella tavalla kuin on esitetty esimerkissä I edellä valmistettiin muita orgaaninen-epäorgaaninen-membraaneja sekoittamalla poly(vinyylialkoholia) dodekamolybdofosforihapon kanssa, selluloosa-asetaattia dodekamolybdofosforihapon kanssa, poly(vinyylialkoholia) uranyyliortofosfaatin kanssa ja poly(vinyylialkoholia) ammoniumfosfomplybdaatin kanssa. Tuloksena olevia membraaneja käsiteltiin sitten ruiskusaosta-malla platinaa tai palladiumia mainitun membraanin molemmille puolille noin 100 - noin 200 A paksuudelta ja tuloksena olevaa kerrostetta käytettiin kaasujen erottamislaitteessa erottamaan vety kaasuvirrasta, joka sisälsi vetyä ja muita inerttejä kaasuja kuten heliumia tai typpeä.In a similar manner to that described in Example I above, other organic-inorganic membranes were prepared by mixing poly (vinyl alcohol) with dodecamolybdophosphoric acid, cellulose acetate with dodecamolybdophosphoric acid, poly (vinyl alcohol) with uranyl orthophosphate, and poly (vinyl). The resulting membranes were then treated by spray precipitation of platinum or palladium on both sides of said membrane to a thickness of about 100 to about 200 Å, and the resulting layer was used in a gas separator to separate hydrogen from a gas stream containing hydrogen and other inert gases such as helium or nitrogen.

Esimerkki IVExample IV

Valmistettiin kyseessä olevan keksinnön mukainen polymeeri-seosta sisältävä ohutkalvomembraani liuottamalla 0,25 g poly-(vinyylialkoholia) ja 0,1 ml 18 M ortofosforihappoa kiehuvaan deionoituun veteen, ja poly(vinyylialkoholin) ja orto-fosforihapon määrä oli riittävä aikaansaamaan tuloksena olevaan polymeeriseos-membraaniin painosuhde 60/40 paino-%.A thin film membrane containing a polymer blend of the present invention was prepared by dissolving 0.25 g of poly (vinyl alcohol) and 0.1 ml of 18 M orthophosphoric acid in boiling deionized water, and the amount of poly (vinyl alcohol) and orthophosphoric acid was sufficient to provide the resulting polymer blend membrane. weight ratio 60/40% by weight.

Liuos kaadettiin sitten haihdutusastiaan ja veden annettiin haihtua 18 h ajan. Saatu kalvo oli läpinäkyvä ja sen paksuus oli 20 yum. Ohutkalvomembraani leikattiin pyöreäksi laataksi, jonka diametri oli 2,5 cm ja laatan molemmille puolille 21 83227 ruiskusaostettiin platinaelektrodit. Elektrodiaineen paksuus on välillä noin 200-1000 A ja diametri noin 1 cm. Membraani pantiin sitten teflonpidikkeeseen ja asennettiin sähkökontak-ti elektrodien kanssa kuparilaattojen läpi. Membraanin toisella puolella pidettiin yllä vedyn painetta 1 atmosfääri ja kohdistettiin käyttöelektrodiin vetyvirta. Tämän testin tulok- -3 3 set osoittivat, että vedyn virtaama oli noin 16,4-10 cm ja virrantiheys milliampeereissa mitattuna oli noin 3 x 10 ® A/cm^.The solution was then poured into an evaporation vessel and the water was allowed to evaporate for 18 h. The obtained film was transparent and had a thickness of 20 μm. The thin film membrane was cut into a round plate with a diameter of 2.5 cm and platinum electrodes were spray-deposited on both sides of the plate 21,83227. The thickness of the electrode material is between about 200-1000 Å and the diameter is about 1 cm. The membrane was then placed in a Teflon holder and electrical contact with the electrodes was installed through the copper plates. On the other side of the membrane, a hydrogen pressure of 1 atmosphere was maintained and a stream of hydrogen was applied to the drive electrode. The results of this test showed a hydrogen flow of about 16.4-10 cm and a current density in milliamperes of about 3 x 10 ® A / cm 2.

Kalvon analyysit osoittivat lisäksi, että kalvo oli yksi-faasinen, eikä kaksifaasinen. Seoskalvon havaittiin olevan optisesti läpinäkyvä, eikä faasien erottumista havaittu kun kalvoa tutkittiin optisella mikroskoopilla tai pyyhkäisy-elektronimikroskoopilla (SEM). Aineesta mitattiin myös lasimaiseksi muuttumislämpötila, koska lasimaiseksi muuttumislämpö-tilan mittaaminen tai polymeerin lämpötilojen mittaaminen on kaikkein tavallisimmin käytetty kriteeri seoksessa olevien faasien lukumäärän ratkaisemisessa. Esimerkiksi yksifaasisel-la orgaaninen-epäorgaaninen-seoksella on yksi ainoa lasimaiseksi muuttumislämpötila komponenttien lämpötilan välillä, kun taas kaksifaasisella systeemillä on kaksi erillistä lämpötilaa. Poly(vinyylialkoholin) tunnettu lasimaiseksi muuttu-mislämpötila on noin 71°C, kun taas ortofosforihapon kiehu-mislämpötila on 213°C. Edellä olevien kohtien mukaisesti valmistetun kalvon DSC-kalorimetrisessä kokeessa oli huippu noin 75°C:ssa, mutta mitään huippuja ei havaittu lämpötiloissa, jotka vastasivat poly(vinyylialkoholin) lasimaiseksi muut-tumislämpötilaa ja ortofosforihapon kiehumapistettä.Furthermore, membrane analyzes showed that the membrane was single-phase and not biphasic. The mixed film was found to be optically transparent, and no phase separation was observed when the film was examined with an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). The glass transition temperature was also measured for the substance, because measuring the glass transition temperature or measuring polymer temperatures is the most commonly used criterion for determining the number of phases in a mixture. For example, a single-phase organic-inorganic mixture has a single glass transition temperature between component temperatures, while a two-phase system has two separate temperatures. Poly (vinyl alcohol) has a known glass transition temperature of about 71 ° C, while orthophosphoric acid has a boiling point of 213 ° C. The DSC calorimetric test of the film prepared according to the above points had a peak at about 75 ° C, but no peaks were observed at temperatures corresponding to the glass transition temperature of poly (vinyl alcohol) and the boiling point of orthophosphoric acid.

Kalvon infrapunaspektroskopia osoitti voimakkaita juovia aallonpituuksilla 2400 cm”^, 1020 cm-^, 700 cm ^ ja 500 cm*~^.Infrared spectroscopy of the film showed strong streaks at 2400 cm -1, 1020 cm -1, 700 cm -1 and 500 cm -1.

Tämä analyysi ilmaisee, että juovat liittyvät molekyylinsisäi-seen sidokseen poly(vinyylialkoholin) ja ortofosforihapon välillä. Näiden analyysien lisäksi havaittiin, että seoskal-volla oli suurentunut vetolujuus ja moduuli verrattuna sekä poly(vinyylialkoholiin) että ortofosforihappoon ja vetolujuuden ja moduulin lisääntyminen johtuvat ehkä vedyn voimak- 22 83227 kaammasta sitoutumisesta yksifaasisen materiaalin muodostuessa .This analysis indicates that the bands are related to the intramolecular bond between poly (vinyl alcohol) and orthophosphoric acid. In addition to these analyzes, it was found that the alloy film had increased tensile strength and modulus compared to both poly (vinyl alcohol) and orthophosphoric acid, and the increase in tensile strength and modulus may be due to stronger hydrogen bonding during the formation of the single phase material.

Esimerkki VExample V

Valmistettiin orgaaninen polymeeri-fosforihappo-seosmembraa-ni samalla tavalla kuin edellä on esitetty. Kalvomembraanin, joka sisälsi 60/40 painoprosenttisen seoksen poly(vinyylial-koholia) ja ortofosforihappoa, paksuus oli noin 20 ^um ja se leikattiin 2,5 cm läpimittaiseksi pyöreäksi laataksi. Platina-elektrodit ruiskudispergoitiin laatan molemmille puolille 400 A paksuudelta. Membraani pantiin sitten samanlaiseen teflonkennoon kennon keskelle, niin että kennon molemmat puolet tulivat ilmatiiviiksi. Vertailukaasua, joka oli 100-pro-senttista vetyä ja käsiteltävää kaasua, jossa oli 9,987 % vetyä ja 90,013 % typpeä, pantiin kummallekin puolelle kennoa. Kaasut johdettiin jatkuvasti kennon läpi ja kehitettiin 29,4 millivoltin ulostulo EMF. Kun puhdasta vetyä on molemmilla puolilla membraania, on ulostulo EMF tähän verrattuna 0 millivolttia. Membraanin vastus oli noin 104.An organic polymer-phosphoric acid blend membrane was prepared in the same manner as described above. The film membrane containing a 60/40% by weight mixture of poly (vinyl alcohol) and orthophosphoric acid was about 20 μm thick and was cut into a 2.5 cm diameter round plate. Platinum electrodes were spray dispersed on both sides of the plate to a thickness of 400 Å. The membrane was then placed in a similar Teflon cell in the center of the cell so that both sides of the cell became airtight. A reference gas of 100% hydrogen and a treatment gas of 9.987% hydrogen and 90.013% nitrogen were placed on each side of the cell. The gases were continuously passed through the cell and a 29.4 millivolt output EMF was generated. When there is pure hydrogen on both sides of the membrane, the output EMF is 0 millivolts compared to this. The membrane resistance was about 104.

Esimerkki VIExample VI

Samanlaisia polymeeriseosmembraaneja voidaan valmistaa sekoittamalla keskenään muita orgaanisia polymeerejä kuten selluloo-sa-asetaattia tai poly(vinyylialkoholia) ja rikkihappoa, jolloin saadaan haluttuja ohutkalvoisia polymeeriseosmembraaneja, jotka ovat samanlaisia kuin edellä esimerkeissä IV ja V selostetut membraanit ja joilla on samanlaiset ominaisuudet.Similar polymer blend membranes can be prepared by mixing other organic polymers such as cellulose acetate or poly (vinyl alcohol) and sulfuric acid to give the desired thin film polymer blend membranes similar to those described in Examples IV and V above and having similar properties.

Esimerkki VIIExample VII

Valmistettiin polymeeriseosmembraani liuottamalla poly(vinyylialkoholia) ja uranyyliortofosfaattia kiehuvaan deponoituun veteen, ja orgaanisen polymeerin ja heteropolyhapon suolan määrät olivat riittävät aikaansaamaan 50/50 paino-%:n suhde tuloksena olevaan polymeeriseokseen. Liuos suodatettiin ja kaadettiin hienon lasikankaan päälle, joka oli pantuna standardi Petri-maljaan. Veden annettiin haihtua 48 h ajan ja tuloksena saatiin kerrostettu membraani, joka muodostui ohut-kalvoisesta membraanista, joka oli kerrostettu huokoisen alustan päälle.A polymer blend membrane was prepared by dissolving poly (vinyl alcohol) and uranyl orthophosphate in boiling deposited water, and the amounts of organic polymer and heteropolyacid salt were sufficient to provide a 50/50 weight percent ratio to the resulting polymer blend. The solution was filtered and poured onto a fine glass cloth placed in a standard Petri dish. The water was allowed to evaporate for 48 h, resulting in a layered membrane consisting of a thin-film membrane deposited on a porous substrate.

23 8322723 83227

Esimerkki VIIIExample VIII

Samalla tavalla kuin edellä on selostettu, valmistettiin poly-meeriseos liuottamalla poly(vinyylialkoholia) ja dodekamolyb-dofosforihappoa deionoituun veteen lämpötilassa 100°C. Saatu liuos kaadettiin sitten huokoisen alustan pinnalle, joka oli polysulfonia, riittävä määrä niin että veden haihduttua po-lymeeriseosmembraanin paksuus oli noin 50 ^um. Kerrostettu membraani muodostui polymeeriseoksesta polysulfonin päällä ja se otettiin talteen ja käytettiin vedyn sensorilaitteessa.In the same manner as described above, a polymer blend was prepared by dissolving poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphoric acid in deionized water at 100 ° C. The resulting solution was then poured onto the surface of the porous substrate, which was polysulfone, in a sufficient amount so that, after evaporation of the water, the thickness of the polymer blend membrane was about 50. The layered membrane consisted of a polymer blend on top of a polysulfone and was recovered and used in a hydrogen sensor device.

Esimerkki IXExample IX

Tässä esimerkissä valmistettiin polymeerisekoitteinen membraani liuottamalla dodekamolybdofosforihappoa ja selluloosa-ase-taattia kiehuvaan veteen ja mainitun polymeerin ja hapon määrät olivat riittävät, niin että lopullinen polymeeriseos sisälsi 50/50 paino-% suhteessa näitä kahta komponenttia.In this example, a polymer blended membrane was prepared by dissolving dodecamolybdophosphoric acid and cellulose acetate in boiling water and the amounts of said polymer and acid were sufficient so that the final polymer blend contained 50/50% by weight relative to the two components.

Tämän jälkeen liuos kaadettiin lasikankaan pinnalle ja kun veden oli annettu haihtua, otettiin kerrostettu membraani talteen.The solution was then poured onto the surface of the glass cloth and, after allowing the water to evaporate, the layered membrane was recovered.

Kerrostettu, rakenteellisesti lujempi membraani voidaan valmistaa liuottamalla ekvimolaariset määrät dodekatungstofos-forihappoa ja poly(vinyylialkoholia) kiehuvaan deionoituun veteen, mitä seuraa sen perusteellinen sekoitus. Saatu liuos kaadetaan sitten polysulfonia olevan huokoisen alustan päälle ja kun vesi on haihtunut, otetaan tuloksena oleva kerrostettu membraani talteen.A layered, structurally stronger membrane can be prepared by dissolving equimolar amounts of dodecatungstophosphoric acid and poly (vinyl alcohol) in boiling deionized water, followed by thorough mixing. The resulting solution is then poured onto a porous substrate of polysulfone, and when the water has evaporated, the resulting layered membrane is recovered.

Esimerkki XExample X

Tämän keksinnön mukaisten kerrostettujen membraanien kaasun sensoriominaisuuksien valaisemista varten valmistettiin esimerkissä VIII esitetyn menetelmän mukaisesti polymeeriseosmemb-raani liuottamalla poly(vinyylialkoholia) ja uranyyli-ortofosfaattia kiehuvaan deionoituun veteen ja valamalla suodatettu liuos hienon lasikankaan päälle, jolloin tuloksena olevassa kerrostetussa membraanissa oli veden haihduttua 50/50 painoprosentin suhde näitä kahta komponenttia ja sen kokonaispaksuus 75 ^um. Sensori valmistettiin leikkaamalla 24 8 3 2 2 7 tuettu membraani ympyrän muotoiseksi, jonka läpimitta oli 2,5 cm ja ruiskusaostettiin läpimitaltaan 1,27 cm:n platina-elektrodit membraanin kummallekin puolelle. Membraani pantiin sitten pyöreään teflonkennoon ja sensori asennettiin kennon keskelle niin että mainitun kennon molemmat puolet tulivat ilmatiiviiksi. Kennon eri puolille pantiin vertailukaasua, joka oli 100-prosenttista vetyä ja käsiteltävää kaasua, joka oli 9,995 % vetyä ja 91,005 % typpeä. Kaasuja ajettiin jatkuvasti kennon läpi ja sensori antoi 29,4-29,5 millivoltin jännitteen. Laskettu jännite lämpötilassa 23°C on 29,4 millivolttia. Kun puhdasta vetyä on sensorin molemmin puolin, on jännite tähän verrattuna 0 millivolttia.To illuminate the gas sensing properties of the layered membranes of this invention, a polymer blend membrane was prepared according to the procedure described in Example VIII by dissolving poly (vinyl alcohol) and uranyl orthophosphate in boiling deionized water and pouring the filtered solution into a fine glass cloth. the ratio of these two components and its total thickness of 75 μm. The sensor was fabricated by cutting a 24 8 3 2 2 7 supported membrane into a circle 2.5 cm in diameter and spray depositing 1.27 cm diameter platinum electrodes on each side of the membrane. The membrane was then placed in a round Teflon cell and the sensor was mounted in the center of the cell so that both sides of said cell became airtight. A reference gas of 100% hydrogen and a treated gas of 9.995% hydrogen and 91.005% nitrogen were placed on different sides of the cell. The gases were continuously driven through the cell and the sensor gave a voltage of 29.4-29.5 millivolts. The calculated voltage at 23 ° C is 29.4 millivolts. When there is pure hydrogen on both sides of the sensor, the voltage compared to this is 0 millivolts.

Samanlainen kerrostettu membraani valmistettiin liuottamalla poly(vinyylialkoholia) ja dodekamolybdofosfaattia kiehuvaan deionoituun veteen.A similar layered membrane was prepared by dissolving poly (vinyl alcohol) and dodecamolybdophosphate in boiling deionized water.

Suodatuksen jälkeen liuos kaadettiin hienon lasikankaan päälle ja sensori valmistettiin samanlaisella tavalla kuin on esitetty edellä olevassa esimerkissä. Sensoria käytettiin samanlaisessa kennossa kuin edellä on selostettu ja jännitteen havaittiin olevan 29,4-29,5 millivolttia, ja laskemalla saatu jännite lämpötilassa 23°C olisi 29,4 millivolttia.After filtration, the solution was poured onto a fine glass cloth and the sensor was prepared in a similar manner to that shown in the example above. The sensor was used in a cell similar to that described above and the voltage was found to be 29.4-29.5 millivolts, and the voltage obtained by calculating at 23 ° C would be 29.4 millivolts.

Esimerkki XIExample XI

Kyseessä olevan keksinnön mukaisen kerrostetun polymeeriseos-membraanin suuremman rakenteellisen lujuuden osoittamiseksi valettiin polymeeriseosmembraani, joka sisälsi painosuhteessa 50/50 paino-% dodekamolybdofosforihappoa ja poly(vinyylialkoholia) , jonka molekyylipaino oli 16 000, hienon lasikankaan päälle ja poistettiin liuotin. Valmistettiin myös toinen samanlainen membraani, mutta sitä ei valettu kangasalustan päälle. Valmistettiin repeytymistä testaava laite panemalla kerrostettu membraani metallilevyn päälle, jonka keskellä oli neliömäinen, läpimitaltaan 2,5 cm reikä, ja mainittu membraa-ni pidettiin kiinni alhaalta tiivisteen avulla ja metalli-levy oli varustettu reiällä kaasun tuloa varten. Ilmaa pakotettiin membraanin läpi eri paineilla edeltä käsin määrätyn li 25 83227 pituisia aikoja sen paineen määrän selville saamiseksi, mikä tarvittiin särkemään membraani. Lasikankaan päälle tuettu membraani merkittiin A:11a ja ilman tukea oleva membraani B:llä. Repeämistestin tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa 1:To demonstrate the higher structural strength of the layered polymer blend membrane of the present invention, a polymer blend membrane containing 50/50 wt% dodecamolybdophosphoric acid and poly (vinyl alcohol) having a molecular weight of 16,000 was cast on a fine glass cloth and the solvent was removed. Another similar membrane was also made, but it was not cast on a fabric substrate. A rupture tester was prepared by placing a layered membrane on a metal plate with a square hole 2.5 cm in diameter in the center, and said membrane was held at the bottom by means of a seal and the metal plate was provided with a hole for gas inlet. Air was forced through the membrane at various pressures for predetermined lengths of time to determine the amount of pressure required to rupture the membrane. The membrane supported on the glass cloth was labeled A and the unsupported membrane was labeled B. The results of the rupture test are shown in Table 1 below:

Taulukko 1table 1

A BA B

2.3 kg 1 min ajan 2,3 kg 1 min ajan 4.5 kg 1 min ajan 4,5 kg 1 min ajan 6.8 kg 1 min ajan 6,8 kg 1 min ajan 9.1 kg 1 min ajan 9,1 kg 1 min ajan 11.3 kg 1 min ajan 11,3 kg 1 min ajan 13.6 kg 1 min ajan 13,6 kg 1 min ajan - murtu- 15.9 kg 1 min ajan ma syn- 18.1 kg 1 min ajan tyi 20.4 kg 1 min ajan reiän 22.7 kg 1 min ajan keskellä 24.9 kg 1 min ajan - murtuma syn tyi pitkin reiän sivuja2.3 kg for 1 min 2.3 kg for 1 min 4.5 kg for 1 min 4.5 kg for 1 min 6.8 kg for 1 min 6.8 kg for 1 min 9.1 kg for 1 min 9.1 kg for 1 min 11.3 kg 1 min for 11.3 kg 1 min for 13.6 kg 1 min for 13.6 kg for 1 min - fracture 15.9 kg 1 min for Mon syn- 18.1 kg 1 min for work 20.4 kg 1 min for hole 22.7 kg for 1 min in the middle 24.9 kg for 1 min - a fracture occurred along the sides of the hole

Valmistettiin samanlainen kerrostettu membraani, jossa oli painosuhde 50/50 paino-% uranyyliortofosfaatin ja poly(vinyy-lialkoholin) välillä, jonka molekyylipaino oli 16 000. Kerrostettu membraani C oli tästä seoksesta ja tuettu lasikankaan päälle, kun taas membraani D oli tukematon. Membraanit pantiin repeytymistestiin samanlaiseen laitteeseen kuin aikaisemmin on selostettu ja mainitun testin tulokset on esitetty seuraa-vassa taulukossa 2:A similar layered membrane was prepared with a weight ratio of 50/50% by weight between uranyl orthophosphate and poly (vinyl alcohol) having a molecular weight of 16,000. Layered membrane C was from this mixture and supported on a glass cloth, while membrane D was unsupported. The membranes were subjected to a rupture test in a device similar to that previously described and the results of said test are shown in the following Table 2:

Taulukko 2Table 2

C DC D

2.3 kg 1 min ajan 2,3 kg 1 min ajan 4.5 kg 1 min ajan 4,5 kg 1 min ajan 6.8 kg 1 min ajan 6,8 kg 1 min ajan - deformoi- 9.1 kg 1 min ajan 9,1 kg 1 min ajan tui 11.3 kg 1 min ajan 11,3 kg 1 min ajan - Murtuma 13,6 kg 1 min ajan syntyi 15.9 kg 1 min ajan reiän kes- 18.1 kg 1 min ajan kellä 20.4 kg 1 min ajan - murtuma syn tyi pitkin reiän sivuja2.3 kg for 1 min for 2.3 kg for 1 min for 4.5 kg for 1 min for 4.5 kg for 1 min for 6.8 kg for 1 min for 6.8 kg for 1 min - deformed 9.1 kg for 1 min for 9.1 kg for 1 min for 11.3 kg for 1 min for 11.3 kg for 1 min - a fracture of 13.6 kg for 1 min occurred in 15.9 kg for 1 min in the middle of the hole 18.1 kg for 1 min at 20.4 kg for 1 min - a fracture occurred along the sides of the hole

Edellä olevissa taulukoissa esitetyistä tuloksista voi helposti havaita, että alustan päälle valetulla polymeeriseos-membraanilla on suurempi rakenteellinen lujuus kuin ei-tuetulla 26 8 3 2 2 7 membraanilla, mikä ilmenee suurempana paineen määränä, mikä tarvitaan membraanin murtumiseen.From the results shown in the above tables, it can be easily seen that the polymer blend membrane cast on the substrate has a higher structural strength than the unsupported 26 8 3 2 2 7 membrane, which is manifested by a higher amount of pressure required to break the membrane.

Esimerkki XIIExample XII

Valmistettiin polymeeriseosmembraani liuottamalla 0,5 g poly-(vinyylialkoholia), molekyylipaino 16 000, ja 0,2 ml ortofos-forihappoa kiehuvaan deionisoituun veteen ja orgaanisen polymeerin ja hapon määrät olivat sellaiset, että saadussa poly-meeriseoksessa oli painosuhde 60/40 paino-%. Kun oli kulunut riittävä aika polymeeriseoksen muodostumiseen, liuosta sekoitettiin ja kaadettiin se hienon lasikankaan päälle, joka oli standardi Petri-maljassa. Veden annettiin haihtua 48 h ajan ja saatiin tulokseksi kerrostettu membraani, jossa oli ohut-kalvomembraani lasikankaan päälle kerrostettuna ja paksuus oli 95 /um.A polymer blend membrane was prepared by dissolving 0.5 g of poly (vinyl alcohol), molecular weight 16,000, and 0.2 ml of orthophosphoric acid in boiling deionized water, and the amounts of organic polymer and acid were such that the resulting polymer blend had a weight ratio of 60/40% by weight. . After sufficient time for the polymer mixture to form, the solution was mixed and poured onto a fine glass cloth standard on a Petri dish. The water was allowed to evaporate for 48 h to give a layered membrane with a thin-film membrane deposited on a glass cloth and a thickness of 95.

Esimerkki XIIIExample XIII

Samalla tavalla valmistettiin polymeeriseosmembraani liuotta-maila 0,17 cm rikkihappoa ja 0,5 g poly(vinyylialkoholia), jonka molekyylipaino on 16 000, kiehuvaan deionoituun veteen. Kun seos oli muodostunut jonkin ajan kuluttua, liuos kaadettiin hienon lasikankaan päälle, joka oli pantu standardi Petri-maljaan. Veden annettiin haihtua 48 h ajan ja otettiin tuloksena oleva kerrostettu membraani talteen.In a similar manner, a polymer blend membrane was prepared by dissolving 0.17 cm of sulfuric acid and 0.5 g of poly (vinyl alcohol) having a molecular weight of 16,000 in boiling deionized water. After some time, the solution was poured onto a fine glass cloth placed in a standard Petri dish. The water was allowed to evaporate for 48 h and the resulting layered membrane was recovered.

Esimerkki XIVExample XIV

Samalla tavoin kuin edellä on esitetty valmistettiin epäorgaa-ninen-orgaaninen-polymeeriseos liuottamalla poly(vinyylialkoholia) ja pyrofosforihappoa kiehuvaan deionoituun veteen, ja polymeeriä ja happoa on sellaiset määrät, että saadaan seokseen painosuhde 60/40 paino-%. Liuos voidaan sitten kaataa polysulfonia olevalle huokoiselle pinnalle, sellainen määrä että veden haihduttua polymeeriseosmembraanin paksuus on noin 50 ^um. Kun vesi on haihtunut, kerrostettu membraani, joka muodostuu polymeeriseoksesta polysulfonin päällä, voidaan ottaa talteen.In the same manner as above, an inorganic-organic-polymer mixture was prepared by dissolving poly (vinyl alcohol) and pyrophosphoric acid in boiling deionized water, and the amounts of polymer and acid are such that a weight ratio of 60/40% by weight is obtained. The solution can then be poured onto a porous surface of polysulfone in such an amount that, after evaporation of the water, the thickness of the polymer blend membrane is about 50. Once the water has evaporated, the layered membrane formed from the polymer blend on top of the polysulfone can be recovered.

27 8322727 83227

Esimerkki XVExample XV

Tässä esimerkissä valmistetaan polymeeriseosmembraani liuottamalla selluloosa-asetaattia ja kaliumfosfaattia kiehuvaan deionoituun veteen ja kun on kulunut riittävä aika seoksen muodostumiseen, liuos voidaan kaataa lasikankaan päälle. Kun on annettu veden haihtua 48 h ajan, saadaan kerrostettu membraani.In this example, a polymer blend membrane is prepared by dissolving cellulose acetate and potassium phosphate in boiling deionized water, and after sufficient time for the mixture to form, the solution can be poured onto a glass cloth. After allowing the water to evaporate for 48 h, a layered membrane is obtained.

Samalla tavoin voidaan valmistaa vielä toinen polymeeriseosmembraani liuottamalla poly(vinyylialkoholia), jonka molekyy-lipaino on 16 000, ja ammoniumfosfaattia kiehuvaan deionoituun veteen. Kun on sekoitettu läpikotaisin, liuoksen annetaan seisoa jonkin aikaa, niin että polymeeriseos muodostuu. Tämän jälkeen polymeeriseos voidaan sitten kaataa polysulfonia olevan huokoisen alustan päälle ja kun vesi on haihtunut, mihin kuluu 48 h, saadaan tuloksena oleva kerrostettu membraani.Similarly, yet another polymer blend membrane can be prepared by dissolving poly (vinyl alcohol) having a molecular weight of 16,000 and ammonium phosphate in boiling deionized water. After thorough mixing, the solution is allowed to stand for some time so that a polymer blend is formed. The polymer mixture can then be poured onto a porous substrate of polysulfone, and when the water has evaporated, which takes 48 hours, the resulting layered membrane is obtained.

Esimerkki XVIExample XVI

Kyseessä olevan keksinnön mukaisten kerrostettujen membraa-nien kaasun sensorikyvyn valaisemiseksi valmistettiin sensori polymeeriseosmembraanista menetelmän mukaan, joka on esitetty edellä esimerkissä XII. Sensori valmistettiin leikkaamalla tuettu membraani pyöreäksi, läpimitaltaan 27,9 cm olevaksi laataksi ja ruiskudispergoitiin läpimitaltaan 1,27 cm olevat platinaelektrodit membraanin kummallekin puolelle. Membraani pantiin sitten pyöreään teflonkennoon ja mainittu sensori pantiin mainitun kennon keskelle, niin että mainitun kennon kumpikin puoli tehtiin ilmatiiviiksi. Vertailukaasua, joka oli 100-prosenttisesti vetyä ja käsiteltävää kaasua, joka muodostui 91,013 %:sta typpeä ja 9,987 %:sta vetyä, pantiin kennon kummallekin puolelle. Kaasuja pantiin virtaamaan jatkuvasti kennon läpi ja sensori antoi 0 millivoltin jännitteen, kun vetyä oli molemmilla puolilla sensoria, ja jännitteen 29,6 millivolttiin asti, kun vertailukaasua ja käsiteltävää kaasua oli mukana. Jälkimmäinen jännitys on verrattavissa laskettuun jännitteeseen 29,6 millivolttia lämpötilassa o 5 25,3 C. Lisäksi havaittiin, että vastus oli 0,375 x 10 ohmia.To illuminate the gas sensing capability of the layered membranes of the present invention, a sensor was prepared from a polymer blend membrane according to the method set forth in Example XII above. The sensor was prepared by cutting the supported membrane into a round plate with a diameter of 27.9 cm and spray dispersing platinum electrodes with a diameter of 1.27 cm on each side of the membrane. The membrane was then placed in a circular Teflon cell and said sensor was placed in the center of said cell so that both sides of said cell were made airtight. A reference gas consisting of 100% hydrogen and a treat gas consisting of 91.013% nitrogen and 9.987% hydrogen was placed on each side of the cell. The gases were made to flow continuously through the cell and the sensor gave a voltage of 0 millivolts when there was hydrogen on both sides of the sensor and up to a voltage of 29.6 millivolts when the reference gas and the gas to be treated were present. The latter voltage is comparable to the calculated voltage of 29.6 millivolts at o 5 25.3 C. In addition, it was found that the resistance was 0.375 x 10 ohms.

Esimerkin II menetelmän mukaisesti valmistettua membraania testattiin samalla tavalla ja sensorin havaittiin antavan 28 83227 samanlaisen jännitteen kuin membraani, joka oli poly(vinyyli-alkoholin) ja ortofosforihapon seosta ja vastus oli jonkin verran suurempi.The membrane prepared according to the method of Example II was tested in the same manner and the sensor was found to give 28 83227 a voltage similar to that of a membrane which was a mixture of poly (vinyl alcohol) and orthophosphoric acid and had a somewhat higher resistance.

Esimerkki XVIIExample XVII

Huokoisen kiinteän alustan päälle kerrostetun polymeeriseoksen suuremman rakenteellisen lujuuden valaisemista varten, joka oli esimerkkinä kyseessä olevan keksinnön mukaisista seoksista, verrattuna ilman tukea oleviin membraaneihin, valmistettiin kaksi polymeeriseosmembraania. Polymeeriseos valmistettiin liuottamalla 0,5 g poly(vinyylialkoholia), jonka molekyyli-paino oli 16 000, ja 0,2 ml ortofosforihappoa kiehuvaan deponoituun veteen. Tuloksena oleva seos valettiin lasikankaan päälle, jonka paksuus oli 30 ^um. Toinen seos valmistettiin sekoittamalla samanlaiset osuudet poly(vinyylialkoholia) ja ortofosforihappoa ja valamalla saatu seos Petri-maljan päälle ilman tukialustaa. Kun liuotin oli poistettu, otettiin molemmat membraanit talteen.To illuminate the higher structural strength of the polymer blend deposited on a porous solid support, which was an example of the blends of the present invention, compared to unsupported membranes, two polymer blend membranes were prepared. The polymer blend was prepared by dissolving 0.5 g of poly (vinyl alcohol) having a molecular weight of 16,000 and 0.2 ml of orthophosphoric acid in boiling deposited water. The resulting mixture was poured onto a glass cloth having a thickness of 30. The second mixture was prepared by mixing equal portions of poly (vinyl alcohol) and orthophosphoric acid and pouring the resulting mixture onto a Petri dish without a support. After removal of the solvent, both membranes were recovered.

Valmistettiin murtumista testaava laite asettamalla kerrostettu membraani metallilevyn päälle, jossa oli 2,54 cm läpimittainen neliömäinen reikä sen keskellä, ja mainittu membraani pysyi paikallaan tiivisteen avulla ja metallilevy oli varustettu aukolla kaasun sisääntuloa varten. Ilmaa työnnettiin membraa-nin läpi useilla eri paineilla ennalta määrätty aika membraa-nin murtumiseen tarvittavan paineen määrän mittaamista varten. Lasin päälle tuettua mebraania merkittiin A:11a ja ei-tuettua membraania B:llä. Murtotestin tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa 3:A rupture tester was prepared by placing a layered membrane on a metal plate with a 2.54 cm diameter square hole in the center thereof, and said membrane was held in place by a seal and the metal plate was provided with an opening for gas inlet. Air was pushed through the membrane at various pressures for a predetermined time to measure the amount of pressure required to rupture the membrane. The membrane supported on the glass was labeled A and the unsupported membrane was labeled B. The results of the burglary test are shown in Table 3 below:

Taulukko 3Table 3

A BA B

4,5 kg/1 min 2,3 kg vähemmän kuin minuutin 6,8 kg/1 min ajan - keskiosa venyi 9,1 kg/1 min kunnes se murtui kesii, 3 kg/1 min keitä 13,6 kg/1 min 15,9 kg/1 min - halkeama reiän reunoilla li 29 8 3 2 2 7 Tämän lisäksi pantiin toinen ei-tuetun membraanin näyte piti-meen ja 0,14 kg/cm ilmaa annettiin kulkea kalvon ylitse.4.5 kg / 1 min 2.3 kg less than 6.8 kg / 1 min per minute - the middle part stretched 9.1 kg / 1 min until it broke in the middle, 3 kg / 1 min cook 13.6 kg / 1 min 15.9 kg / 1 min - crack at the edges of the hole li 29 8 3 2 2 7 In addition, another sample of unsupported membrane was placed in the holder and 0.14 kg / cm of air was allowed to pass over the membrane.

Kalvo venyi reikään päin noin 9 mm verran ja kesti. Kun ilman paine pysäytettiin, membraani poistettiin ja huomattiin, että oli syntynyt pysyvä deformaatio.The film stretched towards the hole by about 9 mm and lasted. When the air pressure was stopped, the membrane was removed and it was found that a permanent deformation had occurred.

Edellä olevassa taulukossa esitetyistä tuloksista käy ilmi, että polymeeriseosmembraanilla, joka oli valettu huokoisen alustan päälle, oli suurempi rakenteen lujuus kuin ei-tue-tulla membraanilla.The results shown in the table above show that the polymer blend membrane cast on the porous substrate had a higher structural strength than the unsupported membrane.

Esimerkki XVIIIExample XVIII

Valmistettiin uusi polymeeriseosmembraani panemalla 0,25 g poly(vinyylialkoholia) ja 0,25 g dodekamolybdofosforihappoa pulloon, 20 ml deionoitua vettä pantiin sitten pulloon, jota kuumennettiin riittävän korkeassa lämpötilassa, jotta sekä polymeeri että happo liukenisivat. Riittävän pitkän ajan kuluttua, kun seos oli muodostunut, liuos kaadettiin Petri-maljaan ja lisättiin kobolttihiukkasia, ja lisättyjen hiukkasten määrä oli riittävä, niin että hiukkaset jakautuivat tasaisesti läpi koko kalvon. Veden annettiin haihtua 16 h ajan ja tuloksena oleva kalvo, jonka paksuus oli 20 ^um, otettiin pois. Jotta saataisiin membraani, jossa olevilla sähköä johtavilla hiukkasilla on kyky muodostaa protoneja, ruiskutettiin platinaa membraanin pinnalle käyttämällä konventionaalista ruiskutustekniikkaa, ja ruiskutus tapahtui membraanin molemmille puolille.A new polymer blend membrane was prepared by placing 0.25 g of poly (vinyl alcohol) and 0.25 g of dodecamolybdophosphoric acid in a flask, 20 ml of deionized water was then placed in a flask heated to a sufficiently high temperature to dissolve both the polymer and the acid. After a sufficient time after the mixture had formed, the solution was poured into a Petri dish and cobalt particles were added, and the amount of particles added was sufficient so that the particles were evenly distributed throughout the membrane. The water was allowed to evaporate for 16 h and the resulting film having a thickness of 20 was removed. In order to obtain a membrane in which the electrically conductive particles have the ability to form protons, platinum was sprayed on the surface of the membrane using a conventional spraying technique, and spraying took place on both sides of the membrane.

Esimerkki XIXExample XIX

Tässä esimerkissä valmistettiin membraani käyttäen edellä esimerkissä XVIII selostettua tekniikkaa, eli 0,25 g poly(vinyylialkoholia) ja 0,25 g dodekamolybdofosforihappoa pantiin pulloon ja lisättiin siihen 20 ml deionoitua vettä. Pulloa kuumennettiin lämpötilaan, joka oli riittävän korkea saamaan polymeeri ja happo liukenemaan, ja saatu liuos kaadettiin sitten valu-pinnalle, joka oli Petri-malja. Tämän jälkeen lisättiin liuokseen sähköä johtavia hiukkasia, jotka olivat platinaa saos-tettuna kiinteän kantaja-aineen päälle, joka muodostui ainakin 30 83227 yhdestä yksiatomisesta kerroksesta, jolla oli hiiltä sisältävä pyropolymeerinen rakenne, jossa oli toistuvia yksiköitä, jotka sisälsivät ainakin hiili- ja vetyatomeja suuren pinta-alueen omaavan alumiinioksidisubstraatin pinnalla; lisääminen tapahtui siten, että hiukkaset jakautuivat tasaisesti ja kaikkialle polymeeriseoksessa. Kun vesi oli haihtunut, kuorittiin saatu membraani astiasta irti ja otettiin talteen.In this example, a membrane was prepared using the technique described in Example XVIII above, i.e. 0.25 g of poly (vinyl alcohol) and 0.25 g of dodecamolybdophosphoric acid were placed in a flask and 20 ml of deionized water was added. The flask was heated to a temperature high enough to dissolve the polymer and acid, and the resulting solution was then poured onto a casting surface which was a Petri dish. Then, electrically conductive particles platinum deposited on a solid support consisting of at least 30,83227 single monatomic layers having a carbon-containing pyropolymeric structure with repeating units containing at least carbon and hydrogen atoms on a large surface area were added to the solution. on the surface of an alumina substrate having a region; the addition took place in such a way that the particles were evenly distributed throughout the polymer mixture. After the water had evaporated, the resulting membrane was peeled from the vessel and recovered.

Esimerkki XXExample XX

Edellä selostetulla tavalla pantiin ekvimolaariset määrät uranyyliortofosfaattia ja poly(vinyylialkoholia) pulloon, lisättiin sitten deionoitua vettä ja kuumennettiin pulloa kunnes sekä heteropolyhapon suola että polymeeri olivat liuenneet. Tämän jälkeen lisätään nikkelihiukkasia liuokseen, jota sen jälkeen sekoitetaan erittäin hyvin, jotta varmistettaisiin nikkelihiukkasten jakautuminen tasaisesti kaikkialle mainitussa liuoksessa. Saatu seos valetaan sitten valupinnalle ja liuottimen, joka on vettä, annetaan haihtua. Veden haihduttua otetaan saatu ohutkalvomembraani talteen.As described above, equimolar amounts of uranyl orthophosphate and poly (vinyl alcohol) were placed in a flask, then deionized water was added and the flask was heated until both the heteropolyacid salt and the polymer were dissolved. Nickel particles are then added to the solution, which is then mixed very well to ensure that the nickel particles are evenly distributed throughout said solution. The resulting mixture is then poured onto a casting surface and the solvent, which is water, is allowed to evaporate. After evaporation of the water, the obtained thin film membrane is recovered.

Esimerkki XXIExample XXI

Ohutkalvomembraani voidaan valmistaa yhdistämällä ekvimolaariset painomäärät dodekamolybdofosforihappoa ja selluloosa-asetaattia liuottimeen, joka on deionoitua vettä, ja veden lämpötila on riittävän korkea, jotta happo ja polymeeri liukenevat siihen. Saatu liuos voidaan sitten valaa valupinnalle, joka on edellä selostettua tyyppiä ja sähköä johtavan aineen hiukkasia kuten alkuaineruteniumia voidaan sitten dispergoida tasaisesti läpi koko liuoksen. Vesi voidaan haihduttaa 16 h ajan, minkä jälkeen tuloksena oleva kalvo otetaan talteen.A thin film membrane can be prepared by combining equimolar amounts of dodecamolybdophosphoric acid and cellulose acetate in a solvent of deionized water and the temperature of the water high enough for the acid and polymer to dissolve therein. The resulting solution can then be poured onto a casting surface of the type described above and particles of electrically conductive material such as elemental ruthenium can then be uniformly dispersed throughout the solution. The water can be evaporated for 16 h, after which the resulting film is recovered.

lili

Claims (24)

3i 832273i 83227 1. Ohutkalvoinen polymeeriseosmembraani, tunnettu siitä, että se on seosta, jossa on epäorgaanista yhdistettä, joka on heteropolyhappo tai sen suola, fosforihappo tai rikkihappo, ja orgaanista polymeeriä, joka sekoittuu mainitun epäorgaanisen yhdisteen kanssa.A thin-film polymer blend membrane, characterized in that it is a blend of an inorganic compound which is a heteropolyacid or a salt thereof, phosphoric acid or sulfuric acid, and an organic polymer miscible with said inorganic compound. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen membraani, tunnettu siitä, että kun mainittu epäorgaaninen yhdiste on heteropolyhappo tai sen suola, mainittu seos sisältää runsaasti sähköä johtavia hiukkasia, jotka mudostavat mainitun mem-braanin osan ja hiukkasten koko on riittävän suuri niin, että mainittujen hiukkasten pinnat ovat mainitun membraanin pinnoissa mukana tai ulottuvat sen pintojen yli.A membrane according to claim 1, characterized in that when said inorganic compound is a heteropolyacid or a salt thereof, said mixture contains a large amount of electrically conductive particles forming a part of said membrane and the particle size is sufficiently large so that the surfaces of said particles are at or extending beyond the surfaces of the membrane. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen membraani, tunnettu siitä, että se on kerrostettu huokoisen alustan päälle suuremman rakenteellisen lujuuden saamiseksi.Membrane according to Claim 1, characterized in that it is deposited on a porous substrate in order to obtain greater structural strength. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainitun membraanin paksuus on noin 0,1-50 pm.Membrane according to claim 1, characterized in that said membrane has a thickness of about 0.1 to 50 μm. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittua epäorgaanista yhdistettä on läsnä • mainitussa seoksessa määrältään noin 1-70 paino-% mainitus- : ta seoksesta ja mainittua orgaanista polymeeriä on läsnä mainitussa seoksessa määrältään noin 99-30 paino-% mainitusta seoksesta.The membrane of claim 1, characterized in that said inorganic compound is present in said mixture in an amount of about 1-70% by weight of said mixture and said organic polymer is present in said mixture in an amount of about 99-30% by weight of said mixture. . 6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittu huokoinen alusta on lasikangas tai polysulfoni.Membrane according to claim 3, characterized in that said porous substrate is a glass cloth or a polysulfone. 7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainituilla sähköä johtavilla hiukkasilla on kyky muodostaa protoni. 32 83227Membrane according to claim 2, characterized in that said electrically conductive particles have the ability to form a proton. 32 83227 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen membraani, tunnettu siitä, että sähköä johtavat hiukkaset ovat alkuaineiden jaksollisen järjestelmän VIII ryhmän metallia tai sen lejee-rinkiä.Membrane according to Claim 7, characterized in that the electrically conductive particles are a metal of Group VIII of the Periodic Table of the Elements or an alloy thereof. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittu alkuaineiden jaksollisen järjestelmän VIII ryhmän metalli tai sen lejeerinki seostetaan kiinteän kantaja-aineen päälle.Membrane according to claim 8, characterized in that said Group VIII metal of the Periodic Table of the Elements or an alloy thereof is doped on a solid support. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittu kiinteä kantaja-aine muodostuu ainakin yhdestä hiiltä sisältävän pyropolymeerin yksiatomisesta kerroksesta, jossa on toistuvia yksiköitä, jotka sisältävät ainakin hiili- ja vetyatomeja, kerrostettuna suuren pinnan omaavan tulenkestävän epäorgaanisen metallioksidin pinnalle.A membrane according to claim 9, characterized in that said solid support consists of at least one monoatomic layer of a carbon-containing pyropolymer having repeating units containing at least carbon and hydrogen atoms deposited on the surface of a high surface area refractory inorganic metal oxide. 11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittu alkuaineiden jaksollisen järjestelmän VIII ryhmän metalli tai sen lejeerinki on platina, palladium tai platinan ja nikkelin lejeerinki.Membrane according to claim 8, characterized in that said metal of Group VIII of the Periodic Table of the Elements or an alloy thereof is platinum, palladium or an alloy of platinum and nickel. 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittujen heteropolyhappojen ja heteropolyhap-pojen suolojen yleinen kaava on: Am<Vy°z> · nH20 jossa X on boori, alumiini, gallium, pii, germanium, tina, fosfori, arseeni, antimoni, vismutti, seleeni, telluuri, jodi tai alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ensimmäisen, toisen, kolmannen ja neljännen siirtymämetallien sarjan metalli, ja Y on eri kuin X ja ainakin yksi alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ensimmäisen, toisen, kolmannen ja neljännen siirtymämetallien sarjan metalli, A on vety, ammonium, natrium, kalium, litium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, kalsium, strontium tai barium, ja m on kokonaisluku noin 1-10, y on kokonaisluku 6-12, joka perus- i; 33 8 3 2 2 7 tuu siihen, että x « 1, z on kokonaisluku 30-80 ja n on kokonaisluku 3-100.Membrane according to claim 1, characterized in that the general formula of said heteropolyacids and salts of heteropolyacids is: Am <Vy ° z> · nH 2 O wherein X is boron, aluminum, gallium, silicon, germanium, tin, phosphorus, arsenic, antimony , bismuth, selenium, tellurium, iodine or a metal of the first, second, third and fourth series of transition metals of the Periodic Table of the Elements, and Y is different from X and at least one metal of the first, second, third and fourth series of transition metals of the Periodic Table of the Elements, A is hydrogen, ammonium, sodium, potassium, lithium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium or barium, and m is an integer of about 1-10, y is an integer of 6-12, which is basic; 33 8 3 2 2 7 that x «1, z is an integer from 30 to 80 and n is an integer from 3 to 100. 13. Menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa ohutkalvoinen polymeeriseosmembraani, tunnettu siitä, että liuotetaan epäorgaanista yhdistettä, joka on heteropolyhappo tai sen suola, fosforihappo tai rikkihappo, ja orgaanista polymeeriä, joka sekoittuu mainitun epäorgaanisen yhdisteen kanssa, johonkin liuottimeen, joka sekoittuu molempiin, liuotusolo-suhteissa riittävän kauan, niin että muodostuu seos, valetaan mainittu seos valupinnalle, poistetaan mainittu liuotin ja otetaan talteen tuloksena oleva ohutkalvomembraani.13. A method for producing a thin-film polymer blend membrane, characterized by dissolving an inorganic compound which is a heteropolyacid or a salt thereof, phosphoric acid or sulfuric acid, and an organic polymer miscible with said inorganic compound in a solvent miscible with both. in sufficient proportions to form a mixture, pouring said mixture onto a casting surface, removing said solvent, and recovering the resulting thin film membrane. 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun mainituksi epäorgaaniseksi yhdisteeksi valitaan heteropolyhappo tai sen suola, menetelmä käsittää myös sen, että lisätään sähköä johtavia hiukkasia mainittuun liuokseen, sekoitetaan mainittua liuosta ja mainittuja hiukkasia, valetaan mainittuja hiukkasia sisältävä seos valupinnalle, poistetaan mainittu liuotin ja otetaan talteen tuloksena oleva membraani.A method according to claim 13, characterized in that when said heterologous acid or a salt thereof is selected as said inorganic compound, the method further comprises adding electrically conductive particles to said solution, mixing said solution and said particles, casting a mixture containing said particles on a casting surface, removing said solvent and recovering the resulting membrane. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu liuos sisältää dispergoivaa ainetta.A method according to claim 14, characterized in that said solution contains a dispersing agent. 16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valetaan mainittu seos huokoisen alustan pinnalle, poistetaan mainittu liuotin ja otetaan talteen tuloksena oleva ohutkalvoinen polymeeriseosmembraani, jossa on lisätty rakenteellinen tuki.A method according to claim 13, characterized in that said mixture is cast on the surface of a porous substrate, said solvent is removed and the resulting thin-film polymer blend membrane with added structural support is recovered. 17. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu • * siitä, että mainitut liuotusolosuhteet käsittävät lämpötila- välin huoneenlämmöstä noin 100°C:een asti.A method according to claim 13, characterized in that said dissolution conditions comprise a temperature range from room temperature to about 100 ° C. 18. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu liuotin, joka sekoittuu molempiin, on vesi. 34 83227A method according to claim 13, characterized in that said solvent which is miscible with both is water. 34 83227 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että veden poistaminen tapahtuu haihduttamalla.Process according to Claim 18, characterized in that the water is removed by evaporation. 20. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun liuottimen poistaminen tapahtuu uudel-leensaostamalla ei-liuottavasta aineesta.A method according to claim 14, characterized in that said solvent is removed by reprecipitation from a non-soluble substance. 21. Vedyn sensori- tai vedyn erottamislaite, Joka käsittää membraanin, metallielektrodit molemmilla puolin mainittua membraanla ja laitteet vetyä sisältävän kaasun syöttämiseksi ainakin membraanin toiselle pinnalle, tunnettu siitä, että membraani on ohutkalvoinen polymeeriseosmembraani, joka on seosta, jossa on epäorgaanista yhdistettä, joka on heteropo-lyhappo tai sen suola, fosforihappo tai rikkihappo, ja orgaanista polymeeriä, joka sekoittuu mainitun epäorgaanisen yhdisteen kanssa.A hydrogen sensor or hydrogen separation device comprising a membrane, metal electrodes on both sides of said membrane and devices for supplying a hydrogen-containing gas to at least one surface of the membrane, characterized in that the membrane is a thin-film polymer blend membrane which is a mixture of an inorganic compound -acid acid or a salt thereof, phosphoric acid or sulfuric acid, and an organic polymer miscible with said inorganic compound. 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että kun mainittu epäorgaaninen yhdiste on hetero-polyhappo tai sen suola, mainittu seos sisältää runsaasti sähköä johtavia hiukkasia, jotka muodostavat mainitun membraanin osan, ja hiukkasten koko on riittävän suuri, niin että mainittujen hiukkasten pinnat ovat mainitun membraanin pinnoissa mukana tai ulottuvat niiden yli.Device according to claim 21, characterized in that when said inorganic compound is a heteropolyacid or a salt thereof, said mixture contains a large amount of electrically conductive particles forming part of said membrane and the particle size is sufficiently large so that the surfaces of said particles are on or extending beyond the surfaces of said membrane. 23. Patenttivaatimuksen 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu membraani on kerrostettu huokoisen alustan päälle suuremman rakenteellisen lujuuden saamiseksi.Device according to claim 21, characterized in that said membrane is deposited on a porous substrate in order to obtain a higher structural strength. 24. Patenttivaatimuksen 1 mukainen membraani, tunnettu siitä, että mainittu orgaaninen polymeeri on poly-(vinyylialkoholi), poly(vinyylifluoridi), polyetyleenioksi-di, polyetyleeni-imiini, polyakryylihappo, polyetyleenigly-koli, selluloosa-asetaatti, polyvinyylimetyylietyylieetteri tai fenoliformaldehydihartsi. 35 8 3 2 2 7Membrane according to claim 1, characterized in that said organic polymer is poly (vinyl alcohol), poly (vinyl fluoride), polyethylene oxide, polyethyleneimine, polyacrylic acid, polyethylene glycol, cellulose acetate, polyvinylmethylethyl ether or phenol formaldehyde. 35 8 3 2 2 7
FI850573A 1985-02-12 1985-02-12 Polymer Blend Membrane FI83227C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI850573A FI83227C (en) 1985-02-12 1985-02-12 Polymer Blend Membrane

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI850573A FI83227C (en) 1985-02-12 1985-02-12 Polymer Blend Membrane
FI850573 1985-02-12

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI850573A0 FI850573A0 (en) 1985-02-12
FI850573L FI850573L (en) 1986-08-13
FI83227B FI83227B (en) 1991-02-28
FI83227C true FI83227C (en) 1991-06-10

Family

ID=8520366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI850573A FI83227C (en) 1985-02-12 1985-02-12 Polymer Blend Membrane

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI83227C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI850573A0 (en) 1985-02-12
FI83227B (en) 1991-02-28
FI850573L (en) 1986-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3877794B2 (en) Acid-modified polybenzimidazole fuel cell element
JP4351557B2 (en) Proton conductor
KR101169752B1 (en) Polymer electrolyte membrane comprising coordination polymer
JP4739516B2 (en) Fabrication method of membrane electrode
CA1146711A (en) Process for preparing a selective permeable membrane and membranes prepared thereby
CA2409569C (en) Polysulfonamide matrices
EP1396898B1 (en) Proton conductive solid polymer electrolyte comprising polybenzimidazole and method for producing the same
ITPD20080188A1 (en) &#34;HAZELNUT-SHELL&#34; ELECTROCATALIZERS BASED ON MONO / MULTI-METAL CARBONITRURES FOR LOW TEMPERATURE FUEL CELLS (PEMFC, DMFC, AFC AND PAFC) AND ELECTROLYZERS
JP2005527545A (en) Innovative method for producing proton conducting nanopolymer membranes for use in fuel cells or catalytic membrane reactors
US4636314A (en) Polymer blended membranes
US9919264B2 (en) Enhanced graphene oxide membranes and methods for making same
KR102429550B1 (en) Bipolar membrane containing polydopamine
FI83227C (en) Polymer Blend Membrane
CN107221692B (en) A kind of polybenzimidazoles with high anti-oxidation ability/phosphoric acid MULTILAYER COMPOSITE high temperature proton exchange film and preparation method thereof
US4921651A (en) Thin film polymer blend membranes
EP0191209B1 (en) Thin-film semipermeable membranes, a method for their preparation and hydrogen-sensing and-separating devices including them
KR20210083301A (en) Composite films and methods of making and using the same
KR20030020475A (en) Process for preparing of a proton-conducting polyvinylidene fluoride membrane
JP2009104926A (en) Membrane electrode assembly
JP2006328340A (en) Porous polymer film, porous carbon film, manufacturing method thereof and processed product therefrom
CA2368832C (en) Process for the production of a composite membrane
JP2009231270A (en) Manufacturing method of ion conductive polymer film for fuel cell
Zhang et al. Ureidoarene–heteropolysiloxane as alkali transport promoter within hybrid membranes for diffusion dialysis
CN117861457B (en) Super-crosslinked polysulfate composite membrane and preparation method and application thereof
CA1268307A (en) Polymer blended membranes

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: UOP INC.