[发明专利]纳米筛复合物膜

说明书

技术领域

本发明针对一种纳米筛复合物膜、一种制备纳米筛复合物膜的方法、一种实施所述方法的卷对卷式设备（roll-to-roll apparatus）以及一种用于分离具有颗粒物的供料流的方法。

背景技术

膜被广泛地用在各种工业工艺中，例如流体过滤、气体分离、空气清洁、膜反应器等领域中。通过协调膜的结构形态和材料组成，其能够适用于不同的目的。通常使用有机材料（例如，聚合物）和/或无机材料（例如，陶瓷）将膜制成多孔的或稠密的。穿过膜的渗透作用通常基于依赖于膜的结构形态的孔隙扩散现象或溶剂扩散现象来起作用。

基于待分离的颗粒的各种特性（比如电荷、吸附性、大小、质量等）可完成流体过滤，其中由于基于大小的过滤简单且有效，所以是最优选的。通常，陶瓷膜（例如由氧化铝制成）被最成功地用于过滤，但是陶瓷膜具有广泛孔隙直径分布的随机孔隙度并且还具有多重扭曲且闭端的孔。

该问题的解决方案是使用薄的且几何上限定的陶瓷筛（微米筛或纳米筛），其具有预确定的大小分布和孔隙度的非扭曲穿孔。此外，它们还具有低至几十纳米的可控的均匀的厚度。

尽管能够以各种方式来制造微米筛（通过约2～10μm的孔隙直径限定的孔隙大小），纳米筛（具有小于200nm的孔隙大小）的制造是非同小可的。微米筛和纳米筛均可利用聚合物来制造（Vogelaar等人.,Advanced Materials2003,15(16),1385-1389以及Vlassiouk等人.,Proceedings of the National Academic Sciences of the United States of America2009,106(50),21039-21044），但是它们经受在过滤工艺中使用的具体化学品的污染、溶胀以及非耐性（non-resistance）。此外，自立式聚合物纳米筛需要具有微米级（或更厚）的厚度以具有足够的机械强度，但是，该厚度增加了通过该纳米筛的流动阻力。

WO-A-2006/119915描述了一种承载在具有孔隙直径为1～500μm的载体膜上的聚合物膜，该聚合物膜具有在0.1～100nm范围内的孔隙直径。

另一方面，无机纳米筛膜不具有上述不足。它们可被制成非常薄、坚固以及具有化学稳定性。目前，无机纳米筛的制造受到清洁室工艺的基于微加工的硅晶片的限制，这就使得无机纳米筛的制造是昂贵的且因此阻碍了它的广泛应用。对于工业规模的无机纳米筛生产重要的是成本的降低以使其应用范围更加广泛。

US-A-5968326描述了一种复合物膜，该复合物膜包括在阳离子选择性有机聚合物膜基底上的无机离子导电层。用于无机离子导电层的可能的材料，该文献提及了沸石类（zeolites）。

US-A-2005/0070193描述了一种具有多重通路（opening）以及具有陶瓷多孔涂层的片状柔性无纺基底。该文献进一步描述了对该无纺基底预涂覆具有金属氧化物或硅烷粘合促进剂的可能性。

US-A-2009/0069616描述了包括在聚合物载体上的分子筛的复合物膜。该载体可具有在2～100nm，优选在20～50nm范围内的孔隙或通路。

EP-A-1611941描述了一种用于过滤液体的在载体上的膜。该文献的公开受到具有非多孔板的带状的载体结构的限制。此外，该文献的膜需要封装无机膜和载体的保护层。

这在本领域仍然需要能够将纳米筛成功地用于过滤并且能够简单地生产纳米筛。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米筛，该纳米筛克服了在现有技术中遇到的至少部分问题。

本发明的另一目的是提供一种具有聚合物膜载体的纳米筛复合物，该聚合物膜载体用于防止劣化（例如在腐蚀性流体中）。

本发明人发现通过承载在经保护的多孔聚合物载体上的无机纳米筛层能够至少部分地满足一个或多个上述目的。

因此，在第一方面中，本发明针对一种纳米筛复合物，该纳米筛复合物包括：承载在多孔聚合物膜基底上的无机纳米筛层；以及在所述无机纳米筛层和所述聚合物基底之间的粘附层或衬层，其中，所述聚合物膜包括无机涂层，从而该聚合物载体被夹在所述无机涂层和所述无机筛层之间，并且其中通过扫描电子显微镜确定，所述无机纳米筛层具有200nm或更小的平均孔隙直径。