一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜及其制备方法及应用与流程

本发明涉及气体分离膜制备，具体地，涉及一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜及其制备方法及应用。

背景技术：

1、氢气和氦气都是人类生存发展必不可少的资源。随着全球对清洁、高效能源的需求日益增长，“氢经济”越来越受重视，作为一种清洁能源的载体，氢气的制备、存储、运输以及纯化近些年来受到了各国的广泛关注。氢气是一种二次能源，无法直接开采，需要通过其它能源制取，全球的商用氢气中绝大多数是由化石燃料制取。化石燃料制氢的产物中含有n2、co、ch4、co2等气体，需经过分离、纯化处理。氦气的化学性质极为稳定，且具有很强的扩散性、良好的导热性、低溶解度及低蒸发潜热等特殊性，是一种非常重要的工业气体。由于其独特的性质，氦气在低温、航天、电子工业、生物医疗、核设施等领域应用广泛，是国家安全和高技术产业发展的重要基本物资之一。综上，随着经济的不断发展，对氢气和氦气需求快速增长，满足经济发展对氢气和氦气资源的需求及我国国防安全的战略需求，急需开发低能耗制备氢气和氦气的方法。

2、us20160375410a1公开了一种pbi非对称中空纤维膜的制备方法及其应用，该专利采用非溶剂致相分离技术制备的pbi非对称中空纤维膜，在250℃时的通量为108gpu，h2/co2的分离系数为23.7，h2/n2的分离系数为129。虽然，pbi材料本身具备较高的氢气选择性，但是追求更高的选择性仍然是目前人们关注的热点之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中存在的中空纤维分离系数低的问题，提供一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜及其制备方法及应用，该方法通过采用一元酸为溶剂制备得到的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜对h2/co2、h2/n2和h2/ch4的分离系数高，能够进一步提升分离性能。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜，其中，所述分离膜为不含支撑层的均质中空纤维膜，所述分离膜的材质为所述分离膜的材质为具有式(i)所示的结构式的聚苯并咪唑；

3、

4、其中，x和y相同或不同，各自包括取代或未取代的苯基；且所述聚苯并咪唑的数均分子量为5万-30万。

5、本发明第二方面提供了一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜的制备方法，其中，所述的制备方法包括：

6、(1)将具有式(i)所示的结构式的聚苯并咪唑溶解于一元酸中，得到铸膜液；

7、(2)将所述铸膜液依次经双螺杆挤出机挤出和喷丝头喷丝，得到初始中空纤维聚苯并咪唑膜；

8、(3)将所述初始中空纤维聚苯并咪唑膜进行牵伸和烘干处理，得到均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜；

9、

10、其中，x和y相同或不同，各自包括取代或未取代的苯基；且所述聚苯并咪唑的数均分子量为5万-30万。

11、本发明第三方面提供了一种由前述所述的制备方法制备得到的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜。

12、本发明第四方面提供了一种前述所述的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜在分离和纯化h2/co2、h2/n2、h2/ch4、he/co2，he/n2和he/ch4中的一种或多种中的应用。

13、通过上述技术方案，通过一元酸为溶剂，并采用本发明的方法制备的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜对h2/co2、h2/n2、h2/ch4的分离系数较高。

技术特征：

1.一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜，其特征在于，所述分离膜为不含支撑层的均质中空纤维膜，所述分离膜的材质为具有式(i)所示的结构式的聚苯并咪唑；

2.根据权利要求1所述的分离膜，其中，x包括式(x1)、式(x2)或式(x3)；

3.根据权利要求1或2所述的分离膜，其中，

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的分离膜，其中，所述聚苯并咪唑的数均分子量为5万-30万，优选为5万-22万；

5.一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，x包括式(x1)、式(x2)或式(x3)；

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，

8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述一元酸为甲磺酸；

9.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，所述喷丝头的芯液为空气或氮气；

10.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，将所述初始中空纤维聚苯并咪唑膜通过1-5米的空气间隙后进行牵引。

11.一种由权利要求5-10中任意一项所述的制备方法制备得到的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜。

12.一种权利要求1-4和11中任意一项所述的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜在分离和纯化h2/co2、h2/n2、h2/ch4、he/co2，he/n2和he/ch4中的一种或多种中的应用。

技术总结
本发明涉及气体分离膜制备技术领域，公开了一种均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜及其制备方法及应用。所述分离膜为不含支撑层的均质中空纤维膜，所述分离膜的材质为具有式(I)所示的结构式的聚苯并咪唑；其中，X和Y相同或不同，各自包括取代或未取代的苯基；且所述聚苯并咪唑的数均分子量为5万‑30万。该方法通过采用一元酸为溶剂制备得到的均质中空纤维聚苯并咪唑分离膜对H2/CO2、H2/N2和H2/CH4的分离系数高，能够进一步提升分离性能；

技术研发人员：魏昕,刘轶群,丁黎明,王玉杰,郗仁杰,徐一潇,邹琦,唐安琪
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11