[发明专利]氟聚合物气体分离薄膜

说明书

本发明涉及一种从氟聚合物、尤其是基于PVDF和基于ETFE的聚合物制成的新型的薄膜、隔膜或粉末介质，这些聚合物适用于将气体、尤其是二氧化碳从气体混合物中分离出来。该新型薄膜具有良好的选择性、高的渗透性、良好的机械性能，并且展现高的氧化剂和酸侵蚀的耐性。该分离薄膜尤其在严苛的并且腐蚀性的环境中是有用的。

发明领域

本发明涉及一种从氟聚合物、尤其是基于PVDF和基于ETFE的聚合物制成的新型的介质，这些聚合物适用于将气体、尤其是二氧化碳从一种气体混合物中分离出来。该新型介质具有良好的选择性、高的渗透性、良好的机械性能，并且展现对氧化剂和酸侵蚀的高耐性。该介质可以按多种形式使用，包括用作一种粉末的薄膜、隔膜。该氟聚合物分离介质尤其在严苛的并且腐蚀性的环境中是有用的。

发明背景：

二氧化碳（CO2）已经被鉴定为对气候变化有贡献的温室气体的主要来源。因此，捕获并且封存CO2已被认为是对由温室气体造成的气候变化的一种潜在的解决方案。通过燃料燃烧过程每年排放数十亿吨的CO2，其中绝大多数是从发电厂排放的。燃烧后CO2减排对于降低排放到大气中的温室气体的影响是一个吸引人的选择。一种用于捕获CO2的当前方法涉及在一种胺溶液中的化学吸收。这个方法是高成本的并且需要大量的时间和空间。

需要有效的分离技术来从发电厂（尤其是燃煤发电厂）的烟气流中移除二氧化碳。用于气体分离的基于隔膜的方法是吸引人的，因为它们是(i)高效节能的，(ii)易于操作和维护的，(iii)紧凑并且模块化的，允许对现存发电厂进行容易地翻新改造。对于隔膜技术的使用，一个困难是：烟气、尤其是来自燃煤发电厂的烟气含有金属氧化物（本质上是酸性的）以及还有SOx和NOx气体（可能侵蚀该隔膜并且损害其性能）。

US20080078290描述了从一种聚乙烯醇和聚乙烯胺的共混物形成的气体分离隔膜。尽管这些隔膜展示了分离特性，但是它们不是氟化的，结果，它们将易受到酸侵蚀的影响从而导致性能损害。

聚偏氟乙烯（PVDF）隔膜正用于微孔过滤和超滤的应用中，并且已经在美国专利例如US6,013,688、US6,110,309和US2008/0220274中进行了描述。

US5490931描述了具有一个氟聚合物层的2层空心纤维流体分离膜，所述氟聚合物具有一个含氮的主链。US7,811,359描述了一个用于二氧化碳分离的多层隔膜，其中一个膨胀的聚四氟乙烯层用作一个聚有机硅氧烷活性层的载体层。

US20090301307描述了一种气体分离膜，该分离膜包括一个多孔的载体膜和一个分离气体的薄膜（包括一种分离气体的树脂作为主要成分）。该聚合物型的微孔膜含有一种或两种类型的超高分子量聚乙烯和聚丙烯作为多孔载体。该分离气体隔膜树脂是由一种全氟-2,2-二甲基-1,3-间二氧杂环戊烯和四氟乙烯（TFE）的共聚物制成。PTFE不是一种极性材料，并且因此与本发明的PVDF或ETFE相比，它的选择性是减弱的。

仍然存在的一种需求是开发分离隔膜或薄膜，这些膜不仅不经受上面突出显示的问题，并且进一步具有优异的气体选择性和对目标气体的高的渗透性。

令人吃惊的是，现在已经开发了一种用于气体分离的介质，该介质从基于聚乙烯四氟乙烯（ETFE）和/或基于聚偏氟乙烯（PVDF）的聚合物形成，该介质展现优异的分离特性、优异的机械特性、并且耐受酸、NOx和SOx侵蚀。该介质，尤其处于一种薄膜或隔膜形式，在长时间暴露于NOx和SOx后不经受性能损害。