KR20140070540A - Process for fabricating pbi hollow fiber asymmetric membranes for gas separation and liquid separation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비대칭 중공사를 제조하는 방법, 그 방법에 의해 제조된 비대칭 중공사, 및 비대칭 중공사의 용도를 제공한다. 한가지 방법은 오리피스-내-튜브 방사구의 외측 고리형 오리피스에 중합체성 용액을 통과시키는 것, 방사구의 내측 튜브에 보어 유체를 통과시키는 것, 적하 거리에 걸쳐 대기를 통해 중합체성 용액 및 보어 유체를 적하하는 것, 및 배스 내 중합체성 용액 및 보어 유체를 ?칭하여 비대칭 중공사를 형성하는 것을 수반한다.The present invention provides a method for producing asymmetric hollow fibers, asymmetric hollow fibers produced by the method, and asymmetric hollow fibers. One way is to pass the polymeric solution through the outer annular orifice of the orifice-inner-tube emitter, passing the bore fluid through the inner tube of the emitter, dropping the polymeric solution and the bore fluid through the atmosphere over the dropping distance , And contacting the polymeric solution and the bore fluid in the bath to form an asymmetric hollow fiber.
Description
양수인: 에스알아이 인터내셔널Assignee: SAL A International
발명자: 인디라 자야웨라, 고팔라 엔. 크리시난, 앙겔 산후르호, 팔리타 자야웨라 및 스리니바스 바미디Inventor: Indiraja Yawera, Gopalanien. Chrysinan, Angel Sanfuhr, Palitaja Yawera and Srinivas Ba'midi
관련된 출원의 상호 참조Cross reference of related application
본 출원은 2011년 9월 6일에 제출된 미국 일련번호 제61/531,448호의 우선권을 주장하며, 개시내용은 본원에 그 전체가 참조로 인용되었다.This application claims priority to U.S. Serial No. 61 / 531,448, filed September 6, 2011, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.
정부 지원 사항Government Support
본 발명은 미국 해군 연구국에 의해 부여된 N00014-10-C-0059 및 미국 에너지국에 의해 부여된 DE-FC26-07NT43090하에서 미국 정부의 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 일부 권리를 가진다.The invention was made with the support of the United States government under N00014-10-C-0059 granted by the US Navy Research Service and DE-FC26-07NT43090 granted by the US Department of Energy. The US Government has some rights to the invention.
도입Introduction
물 처리에서 가스 분리까지 많은 산업 분야에서 분리 및 정제를 위하여 막 공정을 사용한다. 이 공정들은 보통 중합체성 막을 플랫 시트 또는 중공사 형태로 사용한다. 중공사 막은 높은 부피에 대한 표면적의 비로 인하여 플랫 시트보다 더 폭넓게 사용된다.Membrane processes are used for separation and purification in many industries, from water treatment to gas separation. These processes usually use polymeric membranes in the form of flat sheets or hollow fibers. Hollow fiber membranes are more widely used than flat sheets due to the ratio of surface area to high volume.
관련 기술 분야는 US 7771518, US 5683584, 및 US 2011/0266223을 포함한다.Related arts fields include US 7771518, US 5683584, and US 2011/0266223.
발명의 요약SUMMARY OF THE INVENTION
일 측면에서, 본 발명은 (a) 오리피스-내-튜브(tube-inorifice) 방사구의 외측 고리형 오리피스에 (i) 폴리벤즈이미다졸 15-25 wt%; (ii) 중합체성 공극 형성 물질 1-5 wt%; 및 (iii) 폴리벤즈이미다졸과 관련한 용매를 포함하는 중합체성 용액을 통과시키는 것; (b) 방사구의 내측 튜브에, (i) 폴리벤즈이미다졸과 관련한 비용매 65-99 wt. %; 및 (ii) 폴리벤즈이미다졸과 관련한 용매 1-35 wt. % 를 포함하는 보어 유체를 통과시키고, 이때 보어 유체가 중합체성 용액을 고리 모양으로 유지하는 것; (c) 0.3 내지 20 cm의 적하 거리 및 대기를 포함하는 간극에 중합체성 용액 및 보어 유체를 적하하는 것; (d) 배스 내 중합체성 용액 및 보어 유체를 ?칭하여, 고리 모양을 가지고 동심원의 제1 및 제2 층을 포함하고, 이때 제1 층은 제2 층과 접촉하며 비다공성이고, 제2 층은 5-250 nm 범위의 공극을 가지는 다공성인 비대칭 중공사를 형성하는 것을 포함하는, 비대칭 중공사의 제조 방법을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a process for the preparation of (a) an outer annular orifice of an orifice-tube-inorifice spinneret comprising (i) 15-25 wt% of polybenzimidazole; (ii) 1-5 wt% polymeric pore-forming material; And (iii) passing a polymeric solution comprising a solvent associated with polybenzimidazole; (b) in the inner tube of the emitter, (i) a non-solvent 65-99 wt. %; And (ii) solvents 1-35 wt.% Associated with polybenzimidazole. %, Wherein the bore fluid retains the annular polymeric solution; (c) dropping a polymeric solution and a bore fluid into a gap containing a dropping distance of 0.3 to 20 cm and an atmosphere; (d) concentrating the polymeric solution in the bath and the bore fluid to form a first and a second layer of annular and concentric circles, wherein the first layer is nonporous in contact with the second layer, To form a porous asymmetric hollow fiber having a void in the range of 5-250 nm.
실시양태에서:In an embodiment:
방법은 추가로 1-100 미터/분 속도로 섬유를 섬유 다발로 운반하는 것을 포함한다. 섬유 다발은 본원에서 서술된 것처럼 적합한 막 적용 분야에서 중공사 막으로 사용될 수 있다.The method further comprises transporting the fibers into a fiber bundle at a rate of 1-100 meters per minute. The fiber bundle can be used as a hollow fiber membrane in suitable membrane applications as described herein.
중합체성 용액은 15-25 ℃ 범위의 온도 내에서 6 개월 이상 화학적 분해에 대하여 안정하다.Polymeric solutions are stable to chemical degradation for a period of six months or longer at temperatures in the range of 15-25 ° C.
방법은 추가로 섬유의 스피닝(spinning) 후 세척 및 연신을 포함한다. 스피닝 후 과정은, 예를 들어, 섬유의 기계적 강도를 증가시킨다.The method further comprises washing and stretching after spinning of the fibers. The post spinning process, for example, increases the mechanical strength of the fibers.
폴리벤즈이미다졸은 술폰화 폴리벤즈이미다졸이다.Polybenzimidazole is a sulfonated polybenzimidazole.
제1 층이 비대칭 중공사의 외측 표면을 형성하고, 제2 층이 내측 표면을 형성한다.The first layer forms the outer surface of the asymmetric hollow fiber, and the second layer forms the inner surface.
제1 층이 비대칭 중공사의 내측 표면을 형성하고, 제2 층이 외측 표면을 형성한다.The first layer forms the inner surface of the asymmetric hollow fiber and the second layer forms the outer surface.
제1 및 제2 층의 두께가 적하 거리의 길이 및 용매 및 비용매의 상대 극성에 의해 조절된다.The thickness of the first and second layers is controlled by the length of the dropping distance and the relative polarity of the solvent and non-solvent.
제1 층이 0.1-10 ㎛ 범위의 두께를 가지고, 제2 층은 10-500 ㎛ 범위의 두께를 가진다.The first layer has a thickness in the range of 0.1-10 mu m and the second layer has a thickness in the range of 10-500 mu m.
제1 층의 화학 조성물 및 제2 층의 화학 조성물은 동일하다.The chemical composition of the first layer and the chemical composition of the second layer are the same.
중합체 침전물이 적하 동안에 부분적으로 고체화되고 ?칭 동안에 완전히 고체화된다.The polymer precipitate is partially solidified during the loading and is completely solidified during the quench.
오리피스-내-튜브 방사구의 외측 고리형 오리피스가 100-2000 ㎛ 범위의 외부 지름을 가진다.The outer annular orifice of the orifice-inner-tube emitter has an outer diameter in the range of 100-2000 μm.
제1 및 제2 층의 두께가 적하 거리의 길이 및 용매 및 비용매의 상대 극성에 의해 조절되고, 여기서 폴리벤즈이미다졸은 술폰화 폴리벤즈이미다졸이다.The thickness of the first and second layers is controlled by the length of the dropping distance and the relative polarity of the solvent and non-solvent, wherein the polybenzimidazole is a sulfonated polybenzimidazole.
제1 층이 0.1-10 ㎛ 범위의 두께를 가지고, 제2 층은 10-500 ㎛ 범위의 두께를 가지며, 중합체 침전물이 적하 동안에 부분적으로 고체화되고 ?칭 동안에 완전히 고체화된다.The first layer has a thickness in the range of 0.1-10 mu m and the second layer has a thickness in the range of 10-500 mu m and the polymer precipitate partially solidifies during the dropping and is completely solidified during the quenching.
다른 측면에서, 섬유의 벽을 형성하는 동심원의 제1 및 제2 층을 포함하는 비대칭 중공사를 제공하고, 여기서: 비대칭 중공사가 폴리벤즈이미다졸 물질을 포함하고; 제1 층이 비다공성이고 제2 층이 5-250 nm 범위의 공극을 가지는 다공성이며; 비대칭 중공사가 100-2000 ㎛ 범위의 외부 지름을 가진다.In another aspect, there is provided an asymmetric hollow fiber comprising concentric first and second layers forming a wall of fiber, wherein: the asymmetric hollow fiber comprises a polybenzimidazole material; The first layer is non-porous and the second layer is porous having voids in the range of 5-250 nm; The asymmetric hollow fiber has an outer diameter in the range of 100-2000 mu m.
실시양태에서:In an embodiment:
폴리벤즈이미다졸은 술폰화 폴리벤즈이미다졸이다.Polybenzimidazole is a sulfonated polybenzimidazole.
비대칭 중공사가 400 ℃ 이하 화학적 분해에 대하여 안정하다.Asymmetric hollow fibers are stable against chemical decomposition below 400 ℃.
제1 층이 0.1-10 ㎛ 범위의 두께를 가지고, 제2 층이 10-500 ㎛ 범위의 두께를 가진다.The first layer has a thickness in the range of 0.1-10 mu m and the second layer has a thickness in the range of 10-500 mu m.
제1 층이 비대칭 중공사의 외측 표면을 형성하고, 제2 층이 내측 표면을 형성한다.The first layer forms the outer surface of the asymmetric hollow fiber, and the second layer forms the inner surface.
다른 측면에서, 폴리벤즈이미다졸; 및 제1 층이 비다공성이고 제2 층이 5-250 nm 범위의 공극을 가지는 다공성인 동심원의 제1 및 제2 층을 포함하는 비대칭 중공사를 포함하는 막을 제공하며, 여기서, 섬유는 100-2000 ㎛ 범위의 외부 지름을 가진다.In another aspect, polybenzimidazole; And an asymmetric hollow fiber comprising a first layer of non-porous and a second layer of porous concentric first and second layers having pores in the range of 5-250 nm, wherein the fibers are 100- Lt; RTI ID = 0.0 > 2000 < / RTI >
실시양태에서: In an embodiment:
막은, 막에 기체 혼합물을 통과시키는 것을 포함하는, H2, CO2, CO, 및 메탄을 포함하는 기체 혼합물로부터 H2의 분리 방법에 사용된다.The membrane is used in a process for separating H 2 from a gaseous mixture comprising H 2 , CO 2 , CO, and methane, including passing a gas mixture through the membrane.
막은, 막에 수용액을 통과시키는 것을 포함하는, 수용액으로부터 불순물의 제거 방법에 사용된다.The membrane is used in a method for removing impurities from an aqueous solution, including passing an aqueous solution through the membrane.
각각 수고스럽게 개별적으로 기재된 것처럼, 본 발명은 기재된 측면의 모든 조합을 구체적으로 제공한다.As each effortlessly described individual, the present invention specifically provides all combinations of the aspects described.
특정 실시양태의 구체적 설명Specific Description of Specific Embodiments
다른 측면에서, 본 발명은 (a) 오리피스-내-튜브 방사구의 외측 고리형 오리피스에 (i) 폴리벤즈이미다졸 15-25 wt%; (ii) 중합체성 공극-형성 물질 1-5 wt%; 및 (iii) 폴리벤즈이미다졸과 관련한 용매를 포함하는 중합체성 용액을 통과시키는 것; (b) 방사구의 내측 튜브에 (i) 폴리벤즈이미다졸과 관련한 비용매 65-99 wt. %; 및 (ii) 폴리벤즈이미다졸과 관련한 용매 1-35 wt. % 를 포함하는 보어 유체를 통과시키고, 이때 보어 유체가 중합체성 용액을 고리 모양으로 유지하는 것; (c) 0.3 내지 20 cm의 적하 거리에 걸쳐 대기에 중합체성 용액 및 보어 유체를 적하하는 것; (d) 배스 내 중합체성 용액 및 보어 유체를 ?칭하여, 동심원의 제1 및 제2 층을 포함하고, 이때 제1 층은 비다공성이고, 제2 층은 5-250 nm 범위의 공극을 가지는 다공성인 비대칭 중공사를 형성하는 것을 포함하는, 비대칭 중공사의 제조 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a process for preparing an orifice-in-tube emissive layer comprising: (a) providing an outer annular orifice of an orifice-in-tube emissive zone with (i) 15-25 wt% polybenzimidazole; (ii) 1-5 wt% polymeric pore-forming material; And (iii) passing a polymeric solution comprising a solvent associated with polybenzimidazole; (b) In the inner tube of the emitter, (i) a non-solvent 65-99 wt. %; And (ii) solvents 1-35 wt.% Associated with polybenzimidazole. %, Wherein the bore fluid retains the annular polymeric solution; (c) dropping the polymeric solution and the bore fluid into the atmosphere over a dropping distance of 0.3 to 20 cm; (d) concentrating the polymeric solution and the bore fluid in the bath, comprising concentric first and second layers wherein the first layer is non-porous and the second layer is porous with pores in the range of 5-250 nm To form an asymmetric hollow fiber which is asymmetric.
중합체성 용액은 비대칭 중공사를 형성하는 중합체성 물질을 운반하고, 일부 실시양태에서 하나 이상의 추가 성분 예컨대, 공극 형성 물질, 염, pH 개질제, 점도 개질제, 및 하나 이상의 용매를 운반한다.The polymeric solution carries a polymeric material that forms an asymmetric hollow fiber and, in some embodiments, carries at least one additional component such as a void forming material, a salt, a pH modifier, a viscosity modifier, and at least one solvent.
중합체성 용액은 폴리벤즈이미다졸 (PBI)을 포함한다. 일부 실시양태에서, PBI는 술폰화된다. 술폰화는 임의의 통상적인 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, PBI의 술폰화된 형태는 황산으로 처리하여 이미다졸 고리의 질소와 안정한 결합을 형성하는 양성자와 공유 결합된 SO3 -를 형성함으로써 쉽게 제조될 수 있다. 술폰화 PBI (SPBI) 중공사는 더 높은 내염소성, 유수량 및 염 제거율을 제공한다. PBI는 발명의 방법에 따라서 비대칭 중공사를 생성하기에 유효한 양으로 존재할 수 있다. 실시양태에서, PBI는 10-30, 또는 15-25, 또는 15-20 wt% 범위의 양으로, 또는 10, 15, 17, 20, 또는 25 wt% 초과, 또는 30, 25, 22, 20, 또는 18 wt% 미만의 양으로 존재한다. 전체 중량 퍼센트가 주어진 범위 내라면, 하나 이상 유형의 PBI가 존재할 수 있다.Polymeric solutions include polybenzimidazole (PBI). In some embodiments, the PBI is sulfonated. Sulfonation can be carried out using any conventional method. For example, the sulfonated form of PBI can be readily prepared by treating with sulfuric acid to form a covalently bonded SO 3 - with a proton that forms a stable bond with the nitrogen of the imidazole ring. Sulfonated PBI (SPBI) hollow fibers provide higher chlorine resistance, flow rate and salt removal rates. The PBI may be present in an amount effective to produce an asymmetric hollow fiber according to the method of the invention. In an embodiment, the PBI is present in an amount ranging from 10-30, or 15-25, or 15-20 wt%, or greater than 10,15,17,20, or 25 wt%, or 30, 25, 22, 20, Or less than 18 wt%. If the total weight percent is within a given range, there can be more than one type of PBI.
실시양태에서, 중합체성 용액은 공극 형성 물질을 포함한다. 공극 형성 물질은 본 발명의 물질에서 공극의 형성을 야기하거나 돕는 물질이다. 예를 들어, 공극 형성 물질은 공극 형성의 용매 교환 기전을 돕는다. 임의의 적절한 공극 형성 물질이 사용될 수 있다. 공극 형성 물질의 예시는 다수의 히드록실기, 예컨대 글리콜 및 폴리올을 포함하는 화합물이다. 예시들은 이소프로판올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리비닐알코올, 사카라이드 및 폴리사카라이드 등을 포함한다. 공극 형성 물질의 다른 예시는 PVP이다. 공극 형성 물질은 생성된 비대칭 중공사 내에 원하는 다공성을 초래하기에 충분한 양으로 중합체성 용액 내에 존재한다. 실시양태에서, 공극 형성 물질은 1-5 wt%, 또는 1-3 wt%, 또는 5, 4, 3, 또는 2 wt% 미만, 또는 1, 2, 3, 또는 4 wt% 초과의 범위에서 중합체성 용액에 존재한다.In an embodiment, the polymeric solution comprises a void-forming material. The void-forming material is a material that causes or assists in the formation of voids in the material of the present invention. For example, void-forming materials assist in the solvent exchange mechanism of void formation. Any suitable void-forming material may be used. An example of a void-forming material is a compound comprising a plurality of hydroxyl groups, such as glycols and polyols. Examples include isopropanol, ethylene glycol, propylene glycol, polyvinyl alcohol, saccharides and polysaccharides. Another example of a void-forming material is PVP. The void-forming material is present in the polymeric solution in an amount sufficient to result in the desired porosity within the resulting asymmetric hollow fiber. In an embodiment, the void-forming material may be present in an amount ranging from 1-5 wt%, or 1-3 wt%, or less than 5, 4, 3, or 2 wt%, or greater than 1, 2, Lt; / RTI > solution.
중합체성 용액은 PBI와 관련한 용매를 포함한다. 이러한 용매는 발명의 방법에서 사용되는 조건 하에서 존재하는 PBI를 용액에 완전히 용해시킬 수 있다. 적합한 용매의 예시는 N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸술폭시드 (DMSO), N-N-디메틸포름아미드 (DMF), N-메틸-2-피롤리딘 (NMP), 피리딘 등이다. 또한, 용매의 조합이 적합하다.Polymeric solutions include solvents associated with PBI. Such a solvent can completely dissolve the PBI present in the solution under the conditions used in the method of the invention. Examples of suitable solvents are N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethylsulfoxide (DMSO), NN-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidine (NMP), pyridine and the like. A combination of solvents is also suitable.
중합체성 용액은 추가로 하나 이상의 첨가제 예컨대 LiCl (예를 들어, PBI의 안정화제)을 포함할 수 있다.The polymeric solution may further comprise one or more additives such as LiCl (e.g., a stabilizer of PBI).
중합체성 용액은 주위 조건 하에서, 예컨대 15-25 ℃의 온도 범위 내에서 6 개월 이상 화학적 분해에 대하여 안정하다. 일부 실시양태에서, 중합체성 용액은 9 또는 12 개월 이상 안정하다. 따라서, 중합체성 용액의 성분 (특히 PBI 성분)은 안정성 기간에 걸쳐 현저한 분해가 일어나지 않는다. 예를 들어, 용액이 15-25 ℃ 범위의 온도에서 유지된다면, 안정성 기간에 걸쳐 중합체성 용액 내 PBI 성분의 분해는 10, 8, 5, 3, 2, 또는 1% 미만이다.The polymeric solution is stable for chemical degradation under ambient conditions, e.g., within a temperature range of 15-25 DEG C for more than 6 months. In some embodiments, the polymeric solution is stable for 9 or 12 months. Thus, the components of the polymeric solution (especially the PBI component) do not undergo significant degradation over the stability period. For example, if the solution is maintained at a temperature in the range of 15-25 DEG C, the decomposition of the PBI component in the polymeric solution is less than 10, 8, 5, 3, 2, or 1% over the stability period.
발명의 방법은 오리피스-내-튜브 방사구의 외측 고리형 오리피스에 중합체성 용액을 통과시키는 것을 수반한다. 통과는 상승된 압력에서 수행될 수 있거나 (즉, 중합체성 용액은 오리피스를 통하여 들어갈 수 있음), 용액은 중력의 영향 하에서 및 주위 압력에서 오리피스에서 적하하도록 할 수 있다. 외측 고리형 오리피스 아래에 배향된 것은 외측 고리형 오리피스 바로 아래의 확장 영역 및 확장 영역 아래의 연장 영역으로 손쉽게 분할될 수 있는 간극이다. 방사구의 외측 오리피스로부터 나오면, 중합체성 용액 (고리형 오리피스의 고리 모양을 가짐)은 우선 둘레가 조금 확장한 확장 영역으로 들어간다. 중합체성 용액은 확장 영역을 통하여 이동하고 그 다음에 둘레가 감소한 연장 영역으로 들어간다. 일부 실시양태에서, 중합체 용액이 간극을 통과하면서 약간의 용매가 중합체성 용액으로부터 증발한다. 증발은 중합체성 용액 내에서 PBI의 농도를 증가시키고 일부 PBI의 고체화는 간극 내에서 일어날 수 있다. 중합체성 용액은 간극의 연장 영역을 통하여 이동하고 간극의 아래에 위치하는 배스로 들어간다. 배스는 중합체성 용액 내에서 PI를 응고시키는 작용을 해서, PBI가 배스 내에서 완전히 고체화한다. 더구나, 용매 교환은 배스 내에서 일어난다 (즉, 중합체성 용액으로부터의 용매는 배스로부터의 용매와 교환함). 용매 교환은 고체화한 PBI 내에서 공극의 형성을 야기한다.The method of the invention involves passing the polymeric solution through the outer annular orifice of the orifice-in-tube emissive zone. The passage may be carried out at an elevated pressure (i.e. the polymeric solution may enter through the orifice), or the solution may be allowed to drop in the orifice under the influence of gravity and at ambient pressure. Oriented under the outer annular orifice is a clearance that can be easily divided into an extension area beneath the outer annular orifice and an extension area below the extension area. Upon exiting from the outer orifice of the emissive ball, the polymeric solution (having an annular orifice annulus) first enters the extended region where the perimeter extends slightly. The polymeric solution travels through the extension region and then into the extension region where the circumference is reduced. In some embodiments, some solvent evaporates from the polymeric solution as the polymer solution passes through the gap. Evaporation increases the concentration of PBI in the polymeric solution and solidification of some PBI can occur within the gap. The polymeric solution travels through the extended region of the gap and enters the bath located below the gap. The bath acts to coagulate the PI in the polymeric solution so that the PBI solidifies completely in the bath. Furthermore, solvent exchange takes place in the bath (i.e., the solvent from the polymeric solution exchanges with the solvent from the bath). Solvent exchange causes the formation of voids within the solidified PBI.
발명의 방법은 오리피스-내튜브 방사구의 내측 튜브에 보어 유체를 통과시키는 것을 추가로 수반한다. 내측 튜브는 외측 고리형 오리피스 내에서 (방사구의 중심 축에 대해) 중앙에 위치한다. 보어 유체는 중합체성 용액을 간극을 통과시켜서 배스로 적하시키는 동안에 중합체성 용액을 고리 모양으로 유지하는데 사용된다. 따라서, 중합체성 용액이 외측 고리형 오리피스로부터 나오는 것과 동시에 보어 유체는 내측 튜브로부터 나온다.The method of the invention further involves passing a bore fluid through the inner tube of the orifice-in-tube emitter. The inner tube is centrally located in the outer annular orifice (with respect to the center axis of the spinnerette). The bore fluid is used to keep the polymeric solution annular while passing the polymeric solution through the gap and into the bath. Thus, as soon as the polymeric solution exits the outer annular orifice, the bore fluid exits the inner tube.
보어 유체는 PBI와 관련한 용매 및 PBI와 관련한 비용매의 혼합물을 포함한다. 실시양태에서, 보어 유체는 65-99 wt%, 또는 65, 70, 75, 80, 85, 또는 90 wt% 초과, 또는 99, 95, 90, 85, 80, 75, 또는 70 wt% 미만의 비용매를 포함한다. 실시양태에서, 보어 유체는 1-35 wt%, 또는 5, 10, 15, 20, 25, 또는 30 wt% 초과, 또는 35, 30, 25, 20, 15, 10, 또는 5 wt% 미만의 폴리벤즈이미다졸과 관련한 용매를 포함한다.The Bohr fluid comprises a solvent in relation to the PBI and a mixture of non-solvent in relation to the PBI. In an embodiment, the Bohr fluid has a cost of 65-99 wt%, or a cost of less than 65, 70, 75, 80, 85, or 90 wt%, or 99, 95, 90, 85, 80, 75, or 70 wt% Includes a hawk. In an embodiment, the bore fluid comprises 1-35 wt%, or less than 5,10,15,20,25, or 30 wt%, or less than 35,30,25,20,15,10, or 5 wt% poly Benzimidazole and the like.
PBI와 관련한 비용매는 발명의 방법에서 사용되는 온도 및 압력 하에서 PBI를 인식가능하게 용해시키지 않는 용매이다. 예를 들어, 비용매는, 용매의 유사한 부피가 용해시킬 수 있는 PBI의 10, 5, 1, 0.5, 또는 0.1 중량% 미만을 용해시킬 수 있다. PBI에 대한 비용매의 예시는 물 및 알코올 예컨대, 메탄올, 에탈올, i-프로판올, n-프로판올 등을 포함한다.The non-solvent associated with PBI is a solvent that does not perceptibly dissolve PBI under the temperature and pressure used in the method of the invention. For example, the non-solvent can dissolve less than 10, 5, 1, 0.5, or 0.1% by weight of the PBI in which a similar volume of solvent can dissolve. Examples of non-solvent for PBI include water and alcohols such as methanol, ethanol, i-propanol, n-propanol and the like.
보어 유체와 같은 액체를 도포함으로서, 상 전이가 유도될 수 있으며, 내측 표면 근처의 섬유 형태가 상 반전을 통하여 조절될 수 있다.By applying a liquid such as a bore fluid, phase transitions can be induced and the shape of the fibers near the inner surface can be controlled through phase reversal.
배스는 PBI와 관련한 비용매로 채워진다. 배스 내 비용매는 보어 유체 내에 존재하는 비용매와 동일할 수 있거나, 다를 수 있다. 배스에 들어간 중합체성 용액으로부터 생성된 PBI의 침전은 본원에서 ?칭으로 지칭된다. 중합체성 용액 및 보어 유체의 ?칭은 고리 모양을 가지고, 본원에 서술되었듯이 동심원의 제1 및 제2 층을 가지는 비대칭 중공사를 만든다. 일부 실시양태에서 중공사의 고리 모양은 간극을 통과하는 중합체성 용액의 고리 모양(즉, 보어 유체를 둘러쌈)과 동일하다. 일부 실시양태에서, 다른 사소한 변동의 팽윤 또는 수축은 중공사의 고리 모양을 간극 내 중합체성 용액의 고리 모양과 동일하지 않게 하지만, 중공사 모양은 그럼에도 불구하고 간극 내 중합체성 용액의 고리 모양으로부터 유래된다.Bass is filled with non-payment related to PBI. The in-bath intolerance may be the same as or different from the intolerance present in the bore fluid. The precipitation of the PBI produced from the polymeric solution entering the bath is referred to herein as? The polymeric solution and the bore of the bore fluid have an annular shape and produce an asymmetric hollow fiber having concentric first and second layers as described herein. In some embodiments, the annulus of the hollow fibers is identical to the annular (i. E., Enclosing the bore fluid) of the polymeric solution passing through the gap. In some embodiments, the swelling or shrinkage of the other minor variations makes the annulus of the hollow fibers not identical to the annulus of the polymeric solution in the gap, but the hollow shape is nonetheless derived from the annular shape of the polymeric solution in the gap .
간극은 대기를 포함한다. 대기는 공기, 단일 기체 예컨대 질소 또는 아르곤 또는 기체의 임의의 원하는 조성물일 수 있다. 방사구와 배스 사이의 간극의 길이는 본원에서 적하 길이로 나타내어진다. 적하 길이는 0.3-20 cm, 예컨대 0.3, 0.5, 1, 3, 5, 10, 또는 15 cm 초과, 또는 20, 15, 10, 5, 3, 또는 1 cm 미만 범위의 임의의 길이일 수 있다. 팽윤 및 연장 영역의 상대 길이는 여러 가지의 요소들, 예컨대 용액 파라미터, 간극 내에서의 대기 등에 따라 달라질 수 있다.The gap includes the atmosphere. The atmosphere may be any desired composition of air, a single gas such as nitrogen or argon or a gas. The length of the gap between the spinnerette and the bath is referred to herein as the drop length. The drop length may be any length in the range of 0.3-20 cm, such as 0.3, 0.5, 1, 3, 5, 10 or 15 cm, or 20, 15, 10, 5, 3 or 1 cm. The relative lengths of the swelling and extension regions may vary depending on a variety of factors, such as solution parameters, the atmosphere in the gap, and the like.
발명의 방법은 PBI 물질을 포함하는 비대칭 중공사의 형성을 초래한다. 방법은 추가로 스피닝 후 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스피닝 후 과정은 섬유의 세척 및 연신을 포함한다. 세척은 비용매 또는 PBI에 대한 비용매의 혼합물, 예컨대 물, 알코올, 글리콜 또는 폴리올 용매로 할 수 있다. 연신은 섬유를 늘리기 위한 임의의 방법, 예컨대 이중 롤러(roller)를 통하여 늘리기 또는 임의의 적절한 방법을 사용하여 종으로 늘리기를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이러한 스피닝 후 과정은 섬유의 기계적 강도를 증가시킨다. 기계적 강도의 이러한 증가는 적어도 100, 150, 또는 200 %까지 일 수 있으며, 인장 강도 또는 섬유 강도의 다른 척도로 지칭될 수 있다.The inventive method results in the formation of asymmetric hollow fibers comprising PBI material. The method may further include a post spinning process. For example, the spinning process includes washing and stretching of the fibers. Washing can be with a non-solvent or a mixture of non-solvent for PBI, such as water, alcohol, glycol or polyol solvent. Stretching may include any method for stretching the fibers, for example, stretching through a double roller, or stretching into a species using any suitable method. In some embodiments, this post spinning process increases the mechanical strength of the fibers. This increase in mechanical strength can be up to at least 100, 150, or 200% and can be referred to as another measure of tensile strength or fiber strength.
비대칭 중공사는 단면에 "도넛" 모양을 가진다. 따라서 섬유는 고리 모양을 가지는 벽을 (단면에) 포함하며, 여기서 벽은 제1 및 제2 동심원의 (및 접촉하는) 층을 포함한다. 고리의 외측 지름과 고리의 내측 지름 사이의 차이는 섬유 벽의 두께의 2 배로 나타난다.Asymmetric hollow fibers have a "donut" shape in cross-section. The fiber thus comprises an annular wall (in cross-section), wherein the wall comprises first and second concentric (and contacting) layers. The difference between the outer diameter of the ring and the inner diameter of the ring is twice the thickness of the fiber wall.
본 발명의 중공사는 동심원의 제1 및 제2 층을 포함한다는 점에서 비대칭이고, 여기서 제1 층은 제2 층과 접촉하며 비다공성이고, 제2 층은 다공성이다. 일부 실시양태에서, 제1 층이 비대칭 중공사의 외측 표면을 형성하고, 제2 층은 내측 표면을 형성한다. 다른 실시양태에서, 제1 층이 비대칭 중공사의 내측 표면을 형성하고, 제2 층은 외측 표면을 형성한다. 제2 층의 다공성으로 인하여, 제1 층은 보편적으로 제2 층보다 더 조밀하다. 실시양태에서, 제1 층은 제2 층보다 적어도 1.1, 1.3, 1.5, 2, 3, 4, 또는 5 배 더 조밀하다.The hollow fibers of the present invention are asymmetric in that they include concentric first and second layers, wherein the first layer is in contact with the second layer and is non-porous and the second layer is porous. In some embodiments, the first layer forms the outer surface of the asymmetric hollow fiber and the second layer forms the inner surface. In another embodiment, the first layer forms the inner surface of the asymmetric hollow fiber and the second layer forms the outer surface. Due to the porosity of the second layer, the first layer is generally denser than the second layer. In an embodiment, the first layer is at least 1.1, 1.3, 1.5, 2, 3, 4, or 5 times tighter than the second layer.
제1 및 제2 층의 두께는 적하 거리의 길이 및 용매 및 비용매의 상대 극성에 의해 조절된다. 일부 실시양태에서, 제1 층은 0.1-10 ㎛, 예컨대 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 5, 또는 8 ㎛ 이상, 또는 10, 8, 5, 3, 2, 1, 또는 0.5 ㎛ 미만 범위의 두께를 가진다. 일부 실시양태에서, 제2 층은 10-500 ㎛, 예컨대 10, 25, 50, 100, 150, 200, 250, 또는 300 ㎛ 이상, 또는 500, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 또는 25 ㎛ 미만 범위의 두께를 가진다. 일부 실시양태에서, 상대적으로 덜 조밀한 제2 층이, 상대적으로 더 조밀한 제1 층보다 적어도 10, 20, 50, 100, 또는 500 배 더 큰 두께를 가진다. 다양한 층의 두께가 섬유의 단면적으로 측정된다.The thickness of the first and second layers is controlled by the length of the dropping distance and the relative polarity of the solvent and non-solvent. In some embodiments, the first layer has a thickness in the range of 0.1 to 10 microns, such as 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 5, or 8 microns or greater, or 10, 8, 5, 3, 2, 1, . In some embodiments, the second layer may have a thickness in the range of 10-500 microns, such as 10, 25, 50, 100, 150, 200, 250, or 300 microns or 500, 300, 250, 200, 150, Lt; RTI ID = 0.0 > 25 < / RTI > In some embodiments, the relatively less dense second layer has a thickness of at least 10, 20, 50, 100, or 500 times greater than the relatively denser first layer. The thickness of the various layers is measured as the cross-sectional area of the fibers.
제1과 제2 층 사이의 전이 영역은 매우 뚜렷한, 예컨대 제1 층의 두께의 0.5, 0.1, 0.05, 또는 0.01 배 미만 일 수 있다. 전이 영역에서, 섬유 물질은 다공성으로부터 비다공성으로 (즉, 상대적으로 낮은 밀도에서 상대적으로 높은 밀도로) 전이한다. 일부 실시양태에서, 전이 영역은 더 두껍고, 다공성은 제1 층의 두께의 0.5, 0.8, 또는 1 배 이상의 두께를 가지는 영역에 걸쳐 점차적으로 감소된다.The transition region between the first and second layers can be very pronounced, such as less than 0.5, 0.1, 0.05, or 0.01 times the thickness of the first layer. In the transition region, the fibrous material transitions from porous to non-porous (i.e., at relatively low densities to relatively high densities). In some embodiments, the transition region is thicker, and the porosity is gradually reduced over a region having a thickness of 0.5, 0.8, or more times the thickness of the first layer.
실시양태에서, 다공성 제2 층은 상호연결된 나노미터 규모 공극을 가진다. 예를 들어, 공극은 5-250 nm, 또는 5, 25, 50, 100, 150, 또는 200 nm 초과, 또는 250, 200, 150, 100, 50, 또는 25 nm 미만 범위의 평균 지름을 가진다. 공극은 구형, 부분적으로 구형, 또는 불규칙한 모양일 수 있다. 제2 층 내 공극의 정도 및 크기는 부분적으로 사용되는 용매 및 비용매의 극성 (공극을 형성하기 위한 용매 교환 기전에 영향을 미치는 것)에 의해서 결정된다. 다른 요소들은 배스 용매 온도 및 압력, 및 간극 내에서 용매 증발의 속도 및 정도를 포함한다.In an embodiment, the porous second layer has interconnected nanometer scale voids. For example, the pores have an average diameter in the range of 5-250 nm, or 5, 25, 50, 100, 150, or more than 200 nm, or 250, 200, 150, 100, 50, or 25 nm. The void may be spherical, partially spherical, or irregular in shape. The degree and size of the voids in the second layer are determined by the polarity of the partially used solvent and non-solvent (which affects the solvent exchange mechanism to form voids). Other factors include bath solvent temperature and pressure, and rate and extent of solvent evaporation within the gap.
고리형 방사구 구멍의 치수, 중공사 치수, 방사구 내에서의 전단 응력, 적하 유속, 중합체 대 보어 부피 유속비, 및 운반 대 최초 속도비 (연신비)가 최종 섬유 구조를 결정하는 1차적 요소이다.The dimensions of the annular spinneret hole, the hollow fiber dimensions, the shear stress in the spinnerette, the dropping flow rate, the polymer to bore volume flow rate ratio, and the carrier initial velocity ratio (draw ratio) .
실시양태에서, 제1 층의 화학 조성물과 제2 층의 화학 조성물은 동일하다. 따라서, 예를 들어 제1 및 제2 층은 모두 본원에서 서술된 물질로부터 선택된 동일한 PBI 물질로 만들어진다.In an embodiment, the chemical composition of the first layer and the chemical composition of the second layer are the same. Thus, for example, the first and second layers are all made of the same PBI material selected from the materials described herein.
실시양태에서, 비대칭 중공사는 400 ℃ 이하에서 안정하다. 따라서, 400 ℃ 이하에서 섬유 물질의 분해는 거의 또는 전혀 없다 (즉, 10, 5, 3, 또는 1 wt% 미만).In an embodiment, the asymmetric hollow fibers are stable at < RTI ID = 0.0 > 400 C < / RTI > Thus, there is little or no decomposition of the fibrous material (i. E., Less than 10, 5, 3, or 1 wt%) below 400 캜.
오리피스-내-튜브 방사구의 외측 고리형 오리피스는 100-2000 ㎛ 범위의 외부 지름을 가진다. 따라서, 최종 비대칭 중공사는 100-2000 ㎛, 예컨대 100, 200, 300, 400, 500, 1000, 또는 1500 ㎛ 초과, 또는 2000, 1500, 1000, 500, 400, 300, 또는 200 ㎛ 미만 범위 내의 외부 지름을 가질 수 있다. 내부 지름 (즉, 중공사 내에서 공동의 지름)은 외부 지름 및 제1 및 제2 층의 두께에 의하여 측정될 것이다 (따라서, 예를 들어, 90-1990 ㎛ 범위 내일 수 있음).The outer annular orifice of the orifice-inner-tube emitter has an outer diameter in the range of 100-2000 [mu] m. Thus, the final asymmetric hollow fibers may have an outer diameter within the range of 100-2000 m, such as 100, 200, 300, 400, 500, 1000, or 1500 m, or 2000, 1500, 1000, 500, 400, 300, Lt; / RTI > The inner diameter (i.e., the diameter of the cavity in the hollow fiber) will be measured by the outer diameter and the thickness of the first and second layers (thus, for example, may be within the range of 90-1990 [mu] m).
발명된 비대칭 중공사는 중공사 막 (HFM)을 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 서술한 스피닝 과정은 추가로 1-100 미터/분 속도로 섬유를 운반하여 HFM을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The invented asymmetric hollow fibers can be used to form a hollow fiber membrane (HFM). For example, the spinning process described herein can further comprise transporting the fibers at a rate of 1-100 meters per minute to form HFM.
막은 H2, CO2, CO, 및 메탄을 포함하는 기체 혼합물로부터 H2의 분리 방법에 사용될 수 있으며, 방법은 기체 혼합물을 막에 통과시키는 것을 포함한다.The membrane may be used in a process for the separation of H 2 from a gas mixture comprising H 2 , CO 2 , CO, and methane, the method comprising passing the gas mixture through a membrane.
막이 수용액으로부터 불순물의 제거 방법에서 사용될 수 있으며, 방법은 수용액을 막에 통과시키는 것을 포함한다.The membrane can be used in a method for removing impurities from an aqueous solution, the method comprising passing an aqueous solution through the membrane.
PBI 막은 예를 들어, 딥 앤드 드라이(dip-and-dry) 과정을 사용한 중공사의 가공 후에 술폰화될 수 있다.The PBI membrane can be sulfonated, for example, after processing of the hollow fibers using a dip-and-dry process.
별도의 언급이 없으면, 개시 내용은 특정 과정, 물질 등에 제한되지 않으며, 보통 변할 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 용어는 단지 특정 실시양태를 서술하려는 목적을 위한 것이며 제한하려는 의도는 아니라는 것이 이해된다.Unless specifically stated otherwise, the disclosure is not limited to a particular process, material, and so on, and is generally variable. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting.
명세서 및 첨부한 청구항에서 사용되었듯이, 내용이 명백하게 다르게 지칭하지 않는 한, 단수형 "하나", "하나의" 및 "그"는 복수의 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나의 용매"로 지칭된 것은 단일한 용매뿐만 아니라 둘 이상의 상이한 용매의 조합 또는 혼합물도 포함한다.As used in the specification and the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. Thus, for example, what is referred to as "one solvent" includes not only a single solvent but also a combination or mixture of two or more different solvents.
본 발명은 제시된 특정 및 바람직한 실시양태의 모든 조합을 포함한다. 본원에 서술된 예시 및 실시양태는 단지 예시적 목적을 위한 것이며, 다양한 변형 또는 그로 인해 달라지는 것들이 당업자에게 제안될 것이며, 본 출원 및 첨부된 청구항의 목적 및 범위 내에 포함되어야 한다는 것이 이해된다. 본원에 언급된 모든 특허, 특허 출원 및 공보(그 안에 인용된 문헌 포함)는 그 전문이 본원에 다목적으로 참고로 도입된다.The present invention includes all combinations of the specific and preferred embodiments presented. It is understood that the illustrations and embodiments described herein are for illustrative purposes only and that various modifications or variations thereof will be suggested to those skilled in the art and should be included within the scope of the present application and the appended claims. All patents, patent applications, and publications cited herein, including those cited therein, are hereby incorporated by reference in their entirety.
실시예Example
도프(Dope) 용액을 다음과 같이 제조하였다: DMAc 중 18 wt % PBI 도프(dope) 및 2 wt % PVP (K16-18, 아크로스 오르가닉스(Acros Organics), 뉴저지) (8000 달톤 분자량의 고 분자량 공극 형성제).The Dope solution was prepared as follows: 18 wt% PBI dope in DMAc and 2 wt% PVP (K16-18, Acros Organics, New Jersey) (8000 Daltons, high molecular weight Pore forming agent).
보어 유체를 다음과 같이 제조하였다: 75 내지 90 wt% IPA 및 5 내지 25 wt% DMAc.A Bohr fluid was prepared as follows: 75 to 90 wt% IPA and 5 to 25 wt% DMAc.
응고 배스를 100% IPA 함유하도록 제조하였다.The coagulation bath was made to contain 100% IPA.
물, 이소프로필 알코올, 메탄올 및 그의 조합으로부터 선택한 강력한 비용매를 보어 유체 및 응고 배스로 사용하였다. 강력한 비용매는 방사구의 출구에서 중합체성 용액을 응고시킬 수 있는 능력이 있다: 따라서, 얇은 막 층이 외측 중합체성 용액 사이에 형성될 것이고, 그렇지 않다면 섬유는 쉽게 부러지고 중합체성 용액은 액체 방울로 중력 하에서 아래로 가게 될 것이다. 내측 보어 유체는 막 층의 형성을 피하기 위한 비용매 및 용매의 혼합물이다. 방사구를 1.2 mm 외측 지름 및 0.4 내측 지름으로 제조한다. 이 도프 용액은 N디메틸아세트아미드 (DMAc) 중 26 wt% PBI 및 2 wt.% LiCl을 포함한다. 다음의 특정 조성의 도프 용액, 보어 유체 및 응고 배스를 300 GPU의 H2 투과와 쉘 측에서 결함이 없는 선택적 기체 분리 층을 갖는 비대칭성 PBI 중공사 막을 제조하는데 사용하였다.A strong non-solvent selected from water, isopropyl alcohol, methanol and combinations thereof was used as a bore fluid and solidification bath. The strong non-solvent has the ability to coagulate the polymeric solution at the exit of the spinnerette: therefore, a thin film layer will be formed between the outer polymeric solution, otherwise the fibers will break easily and the polymeric solution will be gravity It will go down under. The inner bore fluid is a mixture of non-solvent and solvent to avoid the formation of a film layer. The spinnerets are manufactured with an outer diameter of 1.2 mm and an inner diameter of 0.4. This dope solution contains 26 wt% PBI and 2 wt.% LiCl in N dimethylacetamide (DMAc). The following specific dope solutions, bore fluids and coagulation baths were used to produce asymmetric PBI hollow fiber membranes with a H 2 permeation of 300 GPU and a selective gas separation layer without defects on the shell side.
0.5 mm OD의 단면적을 가지는 섬유의 고 확대 사진을 찍었다. 유사하게, 0.8 mm OD의 단면적을 가지는 섬유의 고 확대 사진을 찍었다. 이미지는 내측 층에서의 다공성 및 비다공성의 조밀한 외측 층을 보인다.A high magnification of the fiber with a cross-sectional area of 0.5 mm OD was taken. Similarly, a high magnification of the fiber with a cross-sectional area of 0.8 mm OD was taken. The image shows a dense outer layer of porous and non-porous in the medial layer.
조밀한 층은 많이 투과하는 H2 및 적게 투과하는 CO2 사이의 분리를 제공하는 반면, 다공성 층은 투과하는 기체의 통과를 위한 낮은 압력 강하로 기계적 강도를 제공한다. 제조된 섬유의 테스트는 H2가 CO2보다 더 빠르게 막을 통해 투과한다는 것을 보여준다. H2의 투과는 온도가 증가하면서 증가하는 반면에, CO2의 투과는 상대적으로 온도에 덜 민감하다.The dense layer provides a separation between much permeable H 2 and less permeable CO 2 , while the porous layer provides mechanical strength with a low pressure drop for the passage of permeable gas. Testing of the fabric produced shows that H 2 permeates through the membrane faster than CO 2 . The permeation of H 2 increases with increasing temperature, while the permeation of CO 2 is relatively less sensitive to temperature.
제조된 섬유의 성능을 50일에 걸쳐 평가하였고, 성능을 1000 시간에 걸쳐 나타내었다. H2/CO2 선택성은 시간에 따라 향상되어 35로부터 50까지 증가하여 40의 설계 목표를 초과하였다. 장기 성능 평가 데이터를 얻었다. H2 성능 값은 테스트 기간 전반에 걸쳐 약 80 GPU (기체 투과 단위:Gas Permeation Unit)에서 유지하였다. 1000 시간 테스트 기간의 말미에, H2 성능이 250 ℃에서 130 GPU로 측정되었다.The performance of the fabric produced was evaluated over a period of 50 days and the performance was expressed over 1000 hours. H 2 / CO 2 selectivity improved over time, from 35 to 50, exceeding 40 design goals. Term performance evaluation data. H 2 performance values were maintained at about 80 GPU (Gas Permeation Unit) throughout the test period. At the end of the 1000 hour test period, H 2 performance was measured at 130 GPU at 250 ° C.
H2/CO2를 150, 200, 225, 및 250 ℃에서 GPU 단위로 H2 투과의 함수로 측정하였다. H2/CO2 선택성 및 H2 투과 모두 225 ℃ 이하에서 온도가 증가하면서 증가하였다. 250 ℃에서 H2/CO2 비는 증가한 반면에, H2 투과는 감소하였다. 이는 조밀 층의 두께가 약간 증가한 것을 나타낸다. 선택성이 감소함에 따라 투과가 증가한다. 조밀 층 두께를 1 내지 10 ㎛ 사이에서 테스트하였고 0.1 ㎛ 정도로 낮게 테스트할 수 있다.H 2 / CO 2 was measured as a function of H 2 permeation in GPU units at 150, 200, 225, and 250 ° C. Both H 2 / CO 2 selectivity and H 2 permeation increased with increasing temperature at below 225 ° C. The H 2 / CO 2 ratio increased at 250 ° C, while H 2 permeation decreased. This shows a slight increase in the thickness of the dense layer. As the selectivity decreases, the transmission increases. The dense layer thickness can be tested between 1 and 10 μm and as low as 0.1 μm.
마크로 공극의 존재는 매우 도프 특이적이고 응고 동안에 비용매 및 용매 교환률에 강하게 의존한다. 마크로 공극을 함유하는 섬유에 대해 측정된 H2 투과는 실온에서 100 내지 200 GPU 범위이며, H2/CO2 선택성은 단지 5이다. 마크로 공극의 존재는 또한 섬유의 기계적 강도를 감소시킨다.The presence of macropores is highly dop-specific and strongly depends on the non-solvent and solvent exchange rate during solidification. H 2 transmission measured for fibers containing macropores ranges from 100 to 200 GPU at room temperature and H 2 / CO 2 selectivity is only 5. The presence of macropores also reduces the mechanical strength of the fibers.
Claims (15)
(b) 방사구의 내측 튜브에 (i) 폴리벤즈이미다졸에 대한 비용매 65-99 wt. %; 및 (ii) 폴리벤즈이미다졸에 대한 용매 1-35 wt. %를 포함하는, 중합체성 용액을 고리 모양으로 유지하는 보어 유체를 통과시키는 것;
(c) 0.3 내지 20 cm의 적하 거리 및 대기를 포함하는 간극에 중합체성 용액 및 보어 유체를 적하하는 것;
(d) 배스 내 중합체성 용액 및 보어 유체를 ?칭하여, 고리 모양을 가지고 동심원의 제1 및 제2 층을 포함하며, 제1 층은 제2 층과 접촉하며 비다공성이고, 제2 층은 5-250 nm 범위의 공극을 가지는 다공성인 비대칭 중공사를 형성하는 것
을 포함하는, 비대칭 중공사의 제조 방법.(a) an outer annular orifice of an orifice-tube-in-orifice emissive zone comprising (i) 15-25 wt% polybenzimidazole; (ii) 1-5 wt% polymeric pore-forming material; And (iii) passing a polymeric solution comprising a solvent associated with polybenzimidazole;
(b) In the inner tube of the emitter, (i) non-solvent for polybenzimidazole 65-99 wt. %; And (ii) 1-35 wt.% Solvent for polybenzimidazole. %, Passing a bore fluid to keep the polymeric solution ring-shaped;
(c) dropping a polymeric solution and a bore fluid into a gap containing a dropping distance of 0.3 to 20 cm and an atmosphere;
(d) concentrating the polymeric solution in the bath and the bore fluid, comprising annular, first and second concentric layers, wherein the first layer is nonporous in contact with the second layer and the second layer comprises 5 Forming a porous asymmetric hollow fiber having pores in the range of -250 nm
≪ / RTI >
(a) 1-100 미터/분 속도로 섬유를 섬유 다발로 테이크-업(take up)하여 중공사 막을 형성하는 것을 포함하거나;
(b) 중합체성 용액이 15-25 ℃ 범위의 온도 내에서 6 개월 이상 화학적 분해에 대하여 안정하거나;
(c) 섬유의 스피닝(spinning) 후 세척 및 연신을 포함하거나;
(d) 여기서 폴리벤즈이미다졸이 술폰화 폴리벤즈이미다졸이거나; 또는
(e) (a), (b), (c) 및 (d)의 임의의 조합 또는 부분조합을 포함하는
제조 방법.The method according to claim 1,
(a) taking up the fibers into a fiber bundle at a rate of 1-100 meters per minute to form a hollow fiber membrane;
(b) the polymeric solution is stable to chemical degradation for a period of at least 6 months at a temperature in the range of 15-25 占 폚;
(c) spinning after spinning and stretching of the fibers;
(d) wherein the polybenzimidazole is a sulfonated polybenzimidazole; or
(e) any combination or subcombination of (a), (b), (c) and (d)
Gt;
제1 층이 비다공성이고 제2 층이 5-250 nm 범위의 공극을 가지는 다공성이며,
비대칭 중공사가 100-2000 ㎛ 범위의 외부 지름을 가지고,
섬유의 벽을 형성하는 동심원의 제1 및 제2 층을 포함하는 비대칭 중공사.Wherein the asymmetric hollow fiber comprises a polybenzimidazole material;
The first layer is non-porous and the second layer is porous, having voids in the range of 5-250 nm,
Asymmetric hollow fibers have an outer diameter in the range of 100-2000 μm,
An asymmetric hollow fiber comprising concentric first and second layers forming a wall of fiber.
(a) 폴리벤즈이미다졸이 술폰화 폴리벤즈이미다졸이거나; 또는
(b) 비대칭 중공사가 400 ℃ 이하의 화학적 분해에 대하여 안정하거나;
(c) 제1 층이 0.1-10 ㎛ 범위의 두께를 가지고, 제2 층이 10-500 ㎛ 범위의 두께를 가지는
비대칭 중공사.11. The method of claim 10,
(a) the polybenzimidazole is a sulfonated polybenzimidazole; or
(b) the asymmetric hollow fibers are stable to chemical decomposition below 400 占 폚;
(c) the first layer has a thickness in the range of 0.1-10 [mu] m and the second layer has a thickness in the range of 10-500 [
Asymmetric hollow fiber.
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