способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей
Классы МПК: | B01D67/00 Способы, специально предназначенные для изготовления полупроницаемых мембран для процессов разделения, или устройства для этих целей B01D71/70 полимеры, содержащие кремний в основной цепи, только с серой, азотом, кислородом или углеродом или без них |
Автор(ы): | Дьякова М.Г., Шевлякова Н.В., Тверской В.А. |
Патентообладатель(и): | Московская государственная академия тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-05-26 публикация патента:
10.03.2000 |
Изобретение относится к разработке полимерных композиционных газоразделительных мембран, применяемых для выделения диоксида углерода из влажных газовых смесей, в том числе из его смесей с азотом и кислородом. На анизотропной мембране из поливинилтриметилсилана на диффузионном слое формируют покрывающий слой из поливинилбутираля или его смеси с полимерами, содержащими слабоосновные ароматические либо алифатические аминогруппы, состава: поливинилбутираль 20-100 мас.%, полимер с аминогруппами -0 - 80 мас.%, толщиной, при которой проницаемость диоксида углерода такой двухслойной композиционной мембраны не превышает 600 л/м2
ч
ата. Технический результат - создание селективной мембраны для выделения диоксида углерода из влажных газовых смесей, длительное время сохраняющей свои разделительные свойства. 7 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
Формула изобретения
Способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей путем формирования на диффузионном слое анизотропной мембраны из поливинилтриметилсилана покрывающего слоя, отличающийся тем, что для выделения диоксида углерода из газовых смесей, содержащих влагу, в качестве покрывающего слоя применяют поливинилбутираль или его смесь с одним или несколькими полимерами, содержащими слабоосновные ароматические либо алифатические аминогруппы, состава, мас.%:Поливинилбутираль - 20 - 100
Полимер с аминогруппами - 0 - 80
толщиной, при которой проницаемость диоксида углерода такой двухслойной композиционной мембраны не превышает 600 л/м2
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к разработке полимерных композиционных газоразделительных мембран, применяемых для выделения диоксида углерода из влажных газовых смесей, в том числе из его смесей с азотом и кислородом. В настоящее время одно из приоритетных направлений развития мембранной технологии - разработка композиционных многослойных мембран, что позволяет создавать высокоселективные высокопроизводительные газоразделительные мембраны [1-3]. Известны газоразделительные композиционные мембраны, состоящие из тонкого слоя полимера, нанесенного на диффузионный либо пористый слой мембраны [4, 5]. К недостаткам таких мембран-аналогов следует отнести в одних случаях отсутствие высокой селективности по отношению к диоксиду углерода (их селективность CO2/N2 равна 1-15, что требует разработки для многих процессов двух- и трехступенчатых установок), в других случаях их низкую производительность (что требует разработки газоразделительных аппаратов больших площадей). Наиболее близким к предлагаемому является способ-прототип изготовления композиционной мембраны, заключающийся в нанесении на анизотропную мембрану из поливинилтриметилсилана (ПВТМС) со стороны диффузионного слоя последней слоя из метилцеллюлозы [6]. Проницаемость диоксида углерода такой мембраны около 300 л/м2![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
ПВБ - 20-100%
полимеры с аминогруппами - 0-80%,
толщиной, при которой проницаемость диоксида углерода такой двухслойной композиционной мембраны не превышает 600 л/м2
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146008/8776.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146019/177.gif)
Готовили растворы в изопропаноле различной концентрации из смеси, содержащей 30 мас. % ПВБ (содержание остаточных гидроксильных групп равно 28 мол. %) и 70 мас.% поли-4-винилпиридина (П4ВП) (получен радикальной полимеризацией, средневязкостная молекулярная масса равна 2,6
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
На анизотропной мембране из ПВТМС формировали слои из смеси, содержащей 30 мас. % ПВБ и 70 мас.% поли-2-метил-5-винилпиридина (ПМВП) (получен радикальной полимеризацией, средневязкостная молекулярная масса равна 2,1
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
На анизотропной мембране из ПВТМС формировали слои из смеси, содержащей 30 мас.% ПВБ и 70 мас.% поли-2-винилпиридина (П2ВП) (получен радикальной полимеризацией, средневязкостная молекулярная масса равна 2,0
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
На анизотропной мембране из ПВТМС формировали слои из смеси, содержащей 50 мас.% ПВБ и 50 мас.% П4ВП, как описано в примере 1. В табл. 4 приведены результаты испытаний этих мембран при изменении толщины сформированного слоя из смеси полимеров. Из данных таблицы видно, что мембрана с тонким сформированным слоем (опыт 3), когда проницаемость диоксида углерода превышает 600 л/м2
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
На анизотропной мембране из ПВТМС формировали слои из ПВБ, как описано в примере 1. В табл. 5 приведены результаты испытаний этих мембран при изменении толщины сформированного слоя из ПВБ. Из данных таблицы видно, что мембрана с тонким сформированным слоем (опыт 3), когда проницаемость диоксида углерода превышает 600 л/м2
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
На анизотропной мембране из ПВТМС формировали слои из смесей растворов ПВБ и П4ВП одинаковой концентрации, но переменного состава, как описано в примере 1. В табл. 6 приведены газоразделительные свойства этих мембран. Видно, что мембрана в опыте 5, в которой сформированный слой содержит менее 20 мас.% ПВБ, имеет низкие величины селективности CO2/N2 и CO2/O2 вследствие нарушения сплошности сформированного слоя. Для мембраны, у которой слой формируется из раствора, не содержащего ПВБ, наблюдается высокая невоспроизводимость результатов измерения ее газоразделительных характеристик. Пример 7
На анизотропной мембране из ПВТМС формировали слои из смесей растворов ПВБ, П4ВП и полиэтиленполиамина (ПЭПА) одинаковой концентрации, но переменного состава, как описано в примере 1. В табл. 7 приведены газоразделительные свойства этих мембран. Таким образом, мембраны со сформированным модифицирующим слоем имеют проницаемость диоксида углерода до 600 л/м2
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
![способ изготовления композиционной полимерной мембраны для выделения диоксида углерода из газовых смесей, патент № 2146169](/images/patents/325/2146002/183.gif)
1. J. M. S. Henis, M.K. Tripodi, Sep. Sci. Tech., 1980, v. 15, N 4, p. 1059-1068. 2. J. -Y. Lai, S. Yamada, K. Kamide, S.-I. Manabe, T. Kawai, Journal of Applied Polymer Science, 1986, v. 32, N 4, p. 4625-4637. 3. K. Kimmerle, T. Hofmann, H. Strathmann, Journal of Membrane Science, 1991, v. 61, p. 1-17. 4. Заявка Японии N 57-209608, B 01 D 13/04, 1982. 5. Патент РФ N 2087183 C1, B 01 D 67/00, 1997. 6. Авторское свидетельство СССР N 1809770, B 01 D 67/00, 1993. 7. Николаев А.Ф., Охрименко Г.И., Водорастворимые полимеры. Л.: Химия, 1979, 144 с., ил.
Класс B01D67/00 Способы, специально предназначенные для изготовления полупроницаемых мембран для процессов разделения, или устройства для этих целей
Класс B01D71/70 полимеры, содержащие кремний в основной цепи, только с серой, азотом, кислородом или углеродом или без них