[其他]復合式的流體分離膜

無效

• 申請號: 85106135
• 申請日: 1985-08-14
• 公開（公告）號: CN85106135A
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發明（設計）人: 馬納赫姆·艾爾弗雷德·克勞斯
• 申請（專利權）人: 孟山都公司
• 主分類號: B01D13/00
• 分類號: B01D13/00;B01D53/22
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 劉元金

本發明是關于復合式的流體分離膜，在這種復合膜中分離層和多孔支承之間有一層無孔中間層。

克拉斯（Klass）等人的美國專利3，616，607號，斯坦西爾（Stancell）等人的美國專利3，657，113以及耶思達（Yasuda）的美國專利3，775，308號均舉出過在多孔支承上有疊加膜的氣體分離膜的例子。

現在已經發展了一種鑄膜技術，先在水上澆鑄極薄的高分子膜，然后收集于多孔支承上。由于這種薄膜非常難于處理，所以不得不進行多次涂覆，因此該技術很難推廣。

這種分離氣體的復合膜亦不無其他問題，例如布勞沃爾（Browall）在美國專利3，980，456號中透露了從空氣中分離氧氣的復合薄膜的制造方法，這種復合膜是由一層微孔聚碳酸酯支承薄膜和一層單獨形成的，即預成形的疊加的超薄型分離膜組成的。一層預成形的聚有機硅氧烷與聚碳酸酯的共聚物密封膠涂在超薄膜層上以便遮蓋在超薄層上的孔。

美國專利4230，463號公開了一種多組件的膜，這種膜有一多孔基質以支承一層薄的分離層。

總的來說，具有用以提高選擇性的疊加膜的復合氣體分離膜只能達到少量或不多的性能改進，因此這些氣體分離膜在大規模的工業生產中無法應用。此外，包這種疊加膜雖然可以做到超薄，但與疊加膜的材料比較起來，由于膜上存在一些小的缺陷，其選擇性會大大降低。

可以采用多種技術以提供足夠的數據來計算各氣體的滲透常數或滲透率，從而測定兩種給定的氣體在某種特定的膜上的分離系數。用來測定滲透常數、滲透率和分離系數的多種技術中有幾種已在黃（Hwang）等人的《化學技術》（Techniques????of????Chemistry），第七卷，《分離膜》（Membranes????in????Separations）中公開，參考第12章296-322頁，此書由約翰威利父子公司（John????Wiley????&????Sons），1975年出版。

“固有分離系數”在這里是指流體流過無孔材料時該材料的分離系數，也是此材料所能達到的最高分離系數，這樣的一種材料可以認為連續的或無孔的。一種材料的固有分離系數近似等于此材料較厚和緊密的膜的分離系數，不過測定固有分離系數有一些困難，其中包括制備緊密的膜時所產生的缺點，例如由于制備膜時的各種偏差導致了在分子無序的、緊密的膜內存在小孔和微細的顆粒等。由于膜上多孔或其他的缺點，因此，“測定固有分離系數”可以低于固有分離系數。相應地，這里所用的“測定固有分離系數”是指該材料的干的、較厚和緊密的膜的分離系數。

分離氣體或流體的復合膜的常用的一個特性是多孔支承的有效孔徑，特別是當多孔支承材料的滲透率很差時，這一參數更是重要。如果將分離層直接地涂于多孔支承的表面上，那么，相對基質上的一個特定的孔來說，分離層的有效面積與孔的橫截面積相同。在本發明里，在多孔支承和分離層之間插入了一層高滲透率的材料，迫使氣體經一條漏斗形的通道通過這層插入層。基質上的孔相當于漏斗頸部，而分離層的有效面積則相對于漏斗敞開的上部面積。由于圓柱形的纖維的表面積是纖維半徑的平方的函數，因此孔的有效截面積是高度滲透的插入層的厚度平方的函數，這實際上等于放大了有效孔徑，因此在這里被積之為“漏斗作用”。

本發明的復合流體分離膜，對于至少一種氣體的滲透率有所提高，這是由于采用了無孔中間層，中間層是由一種對氣體有高滲透率和低選擇性的聚合物材料組成的。將此種聚合物形成的薄的中間層插在多孔支承與薄而密的選擇層之間有很多有利的效果，例如可以使薄的分離層耐得住適量的差壓。如不加入中間層而要使薄的分離層耐得住差壓，分離層的厚度至少要與多孔支承的孔的直徑相等。因為中間層是無孔的，因此實際上為分離層產生出一種基本上無孔的支承組合。雖然這種膜可以用來分離包括液體或氣體的流體，但是較多的用途用來分離氣體混合物中的某種氣體。