[发明专利]一种耐有机蒸汽腐蚀的气体分离膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐有机蒸汽腐蚀的气体分离膜及其制备方法，属于气体膜分离技术领域。

背景技术

石油化工、制药等行业排放的尾气中含有大量有机蒸汽，如乙烯、丙烯、氯乙烯、汽油和 其它烃类化合物。如果直接排放，从经济利益角度来说，是一种严重的资源浪费，从安全角度 来说，有机蒸汽大多易燃易爆，与空气混合形成爆炸性混合气体，给企业造成很大安全隐患； 从环境保护和社会效益来说，有机蒸汽的排放使得大气环境质量下降，给人体健康带来严重 危害。

目前对这类含有机蒸汽尾气的处理方法有两类:一类是破坏性方法,如焚烧法和催化燃烧 法等，将有机蒸汽转化成CO₂和H₂O，该法会造成资源的浪费；另一类是非破坏性方法,即 回收法,常用的回收方法有炭吸附法、冷凝法和膜分离法。膜分离法的基本原理是基于气体中 各组分透过膜的速度不同，每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性及膜两边的气体 分压有关。膜分离技术用于有机气体分离的优点是投资费用低、分离效率高，而且膜分离过程 简单，控制方便，操作弹性大。

气体分离膜对有机蒸汽都有较强的亲和性，在相互接触时，有机蒸汽与膜材料的分子间力 大于膜材料分子内部的作用力。有机蒸汽可以扩散膜材料内部，使其体积膨胀，并对交联点产 生破坏作用。当有机蒸汽浓度较高，且运行时间较长时，分离层会出现溶胀甚至从基膜表面脱 落，这将大大降低膜的使用寿命。因此，选择耐有机蒸汽溶胀的膜材料是气体分离膜工业化应 用的前提。

气体分离膜的耐溶胀性改进主要有复合层膜材料改进和基膜、复合层结合强度改进。前期 很多专利都报道了一些可行性的方法来提高膜层耐有机耐溶剂腐蚀性，如专利CN102327747A 采用含氟聚硅氧烷橡胶为复合层，虽能有效提高耐溶胀性，但是其气体分离效率较低；专利 CN103752183A、CN103285751A采用等离子体改性PDMS膜材料，使其与基膜有较好的结合 性从而提高耐溶胀性，但该等离子辐射成本较大，难于推广和应用；专利CN102500242A采 用氨基改性的PDMS膜材料，可以有效提高基膜和复合层的结合强度，但氨基基团降低了膜 的分离效果；专利CN101229487A用γ-氨基丙基三甲基硅氧烷偶联剂处理基膜表面，大大增 强了基膜和复合层的结合强度，但是基膜处理过程复杂，难以实现工业化连续生产。

另外，PVDF(聚偏氟乙烯)因其具有优良的耐化学腐蚀性、耐氧化性、耐磨性、高的抗 涨强度和耐冲击性强度而广泛应用于膜制备材料；气体分离膜相关的学术报告也普遍采用 PVDF材料作为分离膜的基膜。但在工业上分离某些强极性有机溶剂蒸气时，PVDF基膜易被 腐蚀，基膜支撑体孔道结构被破坏从而导致膜性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐有机蒸汽腐蚀的气体分离膜及其制备方法。气体分离膜包括 PVDF-HFP基膜和由三元共聚嵌段硅油经交联反应后涂覆在该基膜表面制备而成的复合层。 PVDF-HFP共聚物的氟原子含量高，有很强的结构稳定性，耐有机气体腐蚀性能好。三元共聚 嵌段硅油同时含有氨基、羟基和聚醚链段活性基团，氨基是增强基膜与复合层结合强度的核心 官能团，羟基和聚醚链段活性基团是发生交联反应的交联点，同时存在于复合层材料中，可以 缩短交联时间，提高制膜速率，交联程度的加深也提高了膜的分离选择性能。专利 CN103657458A采用聚醚嵌段酰胺提高膜的分离性能，但聚醚嵌段酰胺在底膜表面不能均匀铺 展，该方法需要在基膜表面预先铺一层亲水过渡层，这样增加了制膜难度，而且中间层与基膜 结合强度不够，在有机蒸气环境中易溶胀。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种耐有机蒸汽腐蚀的气体分离膜，所述气体分离膜包括PVDF-HFP基膜和由三元共聚 嵌段硅油经交联反应后涂覆在该基膜表面制备而成的复合层。

具体制备步骤如下：

步骤1：基膜制备