[发明专利]一种复合膜、其制备方法及在气体分离、纯化中的应用

说明书

本发明提供了一种复合膜，以多孔载体作为支撑体，支撑体表面采用有机‑无机多孔材料作为过渡层，过渡层表面为聚合物膜。该复合膜作为气体分离、纯化等应用时，气体透过聚合物膜后在有机‑无机多孔过渡层进行二次分离，与聚合物膜相比，能够兼具优良的渗透性与较高的气体选择性，与传统的无机多孔膜相比，提高了气体的分离纯化性能，因此在气体分离、纯化等工业领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种复合膜、其制备方法以及在气体分离、纯化中的应用。

背景技术

膜分离技术是适应现代产业发展的一项重要分离技术，相对于吸附及通过改变温度来实现分离的传统技术，具有节能，环境友好等优势。为了迎合工业发展的需求，越来越多的研究组致力于开发生产具有优异分离性能及高通量的气体分离膜。

聚合物分离膜由于能耗低、工艺简单、易于自动化、灵活性强、无污染和操作方便等优点，在氢回收、富氧、富氮以及天然气中酸性气体(CO₂等)脱除等方面有着十分广泛的工业应用前景。但为了继续扩大应用领域以及降低实际操作费用，就要求所合成的聚合物膜具有更高的气体选择性和渗透性，以及更低的操作压力。但是，许多研究表明，聚合物膜材料的气体选择性与渗透性无法兼顾，存在Robeson上限，很难同时具备高气体渗透性和高气体选择性。另外，传统的聚合物自支撑膜厚度较高，达到几十微米，透气系数较低，工业应用中为了提高渗透率往往需要采用很高的压力，不仅提高了工业成本，而且对设备要求很高，同时具有一定的危险性。

传统的无机多孔膜具有较高的透气系数，但是气体分离性能却不高，另外无机多孔膜的制备过程中容易产生缺陷，很难生成大片连续致密的分离膜。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种复合膜，其兼具较高的气体渗透性与气体选择性，可用于气体分离、纯化。

为了实现上述技术目的，本发明采用多孔载体作为支撑体，支撑体表面采用有机-无机多孔材料作为过渡层，过渡层表面为聚合物膜，整体构成复合膜，其结构如图1所示，具有如下有益效果：

(1)多孔载体表面采用有机-无机多孔材料作为过渡层，一方面可以大大降低载体的孔尺寸，有利于提高分离性能，另一方面相对于聚合物自支撑膜，可以大大降低聚合物膜的厚度至纳米量级，从而降低分离压力；并且，由于过渡层采用有机物与无机物复合而成的多孔材料，其中含有有机结构，因此与表面的聚合物膜之间的亲和力较强，提高了聚合物膜和载体之间的结合力。

(2)该复合膜作为气体分离、纯化等应用时，气体透过聚合物膜后在有机-无机多孔过渡层进行二次分离，与聚合物膜相比，弥补了聚合物膜由于存在Robeson上限而导致的气体选择性与渗透性无法兼顾的问题，使复合膜整体不仅具有优良的渗透性，而且具有较高的气体选择性；与传统的无机多孔膜相比，由于增加了聚合物膜的渗透分离，提高了气体的分离纯化性能，因此在气体分离、纯化等工业领域具有较好的应用前景。

即，本发明采用的技术方案为：一种复合膜，以多孔载体作为支撑体，支撑体表面采用有机-无机多孔材料作为过渡层，过渡层表面为聚合物膜。

所述的多孔载体的材料不限，包括多孔陶瓷、多孔金属氧化物、多孔有机物等中的一种或者两种以上的混合。

所述的多孔载体的结构不限，包括管式结构或者片式结构等。

所述的有机-无机多孔材料是指有机物与无机物复合而成的多孔材料，其中含有有机结构，包括有机硅、有机-无机复合多孔材料和金属有机骨架材料等中的一种或者两种以上的混合。

所述的过渡层的制备不限，包括生长、涂覆、浸渍等方法。

作为优选，所述的过渡层的厚度为10nm-100μm，更优选为100nm-1μm。

作为优选，所述的过渡层的渗透速率为100barrer-1000000barrer。