产生碳分子筛膜的方法与流程

本公开的实施方案总体上涉及产生碳分子筛(cms)膜的方法。在特定实施方案中，涉及一种用于由具有双键和提高的溶解度的脱卤化氢的聚合物产生cms膜的方法。

背景技术：

1、膜广泛用于气体和液体的分离，包括例如从天然气中分离酸性气体，如co2和h2s。膜也可以用于从空气中去除o2。通过这类膜的气体传输通常由吸附-扩散机制建模。目前，由于易加工性和低成本，聚合物膜已被充分研究并且广泛用于气体分离。然而，已显示cms膜具有可以超过聚合物膜的那些特性的有吸引力的分离性能特性。

2、碳分子筛(cms)和cms膜可以由在各种温度和/或各种条件下热解的各种前体聚合物制备。热解将前体聚合物还原为碳，但在热解产物中以微孔的形式保持至少一些孔隙率。由此形成的cms然后可以用于采用特定气体吸附的常规气体分离设备，如填充床、柱等。

3、然而，在本领域中存在制备具有改进的可加工性的cms膜的特别挑战。通常，常规前体聚合物不溶于普通溶剂。这可能降低cms膜的生产速度或甚至妨碍生产过程。因此，需要具有提高的溶解度以改善可加工性的前体聚合物。

技术实现思路

1、本公开的实施方案通过将前体聚合物均相地脱卤化氢来解决这些和其他需要。常规前体聚合物可以被非均相地脱卤以用于产生cms膜。非均相脱卤可以引起脱卤的聚合物和层不均匀，其中在该层内具有不均匀脱卤，如在该层的表面处的广泛脱卤和在该层的中心附近的有限脱卤。不均匀脱卤的聚合物不仅可以具有双键，而且还可以具有三键和聚合物链间交联。因此，聚合物可能变得不溶于普通溶剂中，这可能减慢生产速度或甚至妨碍生产过程。

2、用于产生本公开的cms膜的方法可以包括将前体聚合物均相地脱卤化氢。这些均相地脱卤化氢的前体聚合物具有在加热时交联的双键，而没有三键和聚合物链间交联。因此，本文公开和描述的均相地脱卤化氢的前体聚合物可溶于通常用于加工薄膜膜的溶剂中。可以在不进行熔融的情况下通过单个热裂解步骤容易地将这些薄膜膜转化为cms膜。均相地脱卤化氢的聚合物可以具有提高的溶解度并且由此改进了产生cms膜的可加工性。

3、根据本公开的一个或多个方面，一种形成碳分子筛膜的方法，该方法包括：将卤化前体聚合物溶解在溶剂中，从而形成溶解的卤化前体聚合物；用有机胺碱将该溶解的卤化前体聚合物均相地脱卤化氢以形成部分脱卤化氢的聚合物；由该部分脱卤化氢的聚合物形成薄膜；以及使该薄膜热解以形成该碳分子筛膜。

4、本文所公开和描述的实施方案的另外的特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述，并且部分地对于本领域技术人员来说将从所述实施方式中变得显而易见，或者通过实践所描述的实施方案而被认识到，包括下面的具体实施方式、附图说明以及权利要求。

技术特征：

1.一种形成碳分子筛膜的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括从所述溶剂中分离所述部分脱卤化氢的聚合物，并且在室温下将所述部分脱卤化氢的聚合物溶解在第二溶剂中。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中由所述部分脱卤化氢的聚合物形成薄膜包括将所述部分脱卤化氢的聚合物施加到多孔载体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述均相地脱卤化氢使得所述溶解的卤化前体聚合物的总卤素含量的小于20.0重量％(wt.％)被去除。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述卤化前体聚合物选自由以下组成的组：聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)共聚物、聚(偏二氟乙烯)(pvdf)共聚物、氯化聚氯乙烯(cpvc)和它们的混合物。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述溶剂选自由以下组成的组：1,3-二溴丙烷、溴苯、氯苯、二氯苯、1-氯萘、2-甲基萘、邻二氯苯、六甲基磷酰胺、四亚甲基亚砜、n-乙酰基哌啶、n-甲基吡咯烷酮、n-甲酰基六亚甲基亚胺、硫杂环丁烷、n-正丁基吡咯烷酮、二异丙基亚砜、n-甲酰基哌啶、n-乙酰基吡咯烷酮、四氢噻吩、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、环辛酮、环庚酮、环已酮、环戊酮、2-丁酮、二正丁基亚砜、四氢呋喃、1,4-二噁烷、乙酸乙酯和它们的混合物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述有机胺碱包括质子胺、氢氧化物或两者。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述有机胺碱包括一种或多种选自由以下组成的组的质子胺：单烷基胺和二烷基胺、环胺、芳香族胺和它们的组合。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述有机胺碱包括一种或多种选自由以下组成的组的氢氧化物：氢氧化铵、氢氧化四烷基铵、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、稀土氢氧化物和它们的组合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中使所述薄膜在500摄氏度(℃)至1500℃的温度下热解。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中使所述薄膜在500℃至650℃的温度下热解。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中基于所述卤化前体聚合物和所述溶剂的组合重量，卤化前体聚合物的量为0.1wt.％至50wt.％。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中基于所述卤化前体聚合物中的总卤素含量，有机胺碱的量为0.1mol.％至15mol.％。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述卤化前体聚合物是pvdc，所述溶剂是四氢呋喃(thf)，并且所述有机胺碱是n-丁胺。

技术总结
一种形成碳分子筛膜的方法，包括将卤化前体聚合物溶解在溶剂中，从而形成溶解的卤化前体聚合物。用有机胺碱将该溶解的卤化前体聚合物均相地脱卤化氢以形成部分脱卤化氢的聚合物。由该部分脱卤化氢的聚合物形成薄膜。使该薄膜热解以形成该碳分子筛膜。

技术研发人员：刘军强,D·M·米勒
受保护的技术使用者：陶氏环球技术有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11