[发明专利]分离甲烷和二氧化碳的膜及其制法

说明书

本申请是申请日为2012年4月24日、申请号为201280020776.9、发明名称为“分离甲烷和二氧化碳的膜及其制法”的发明专利申请的分案申请。

[技术领域]

本发明涉及一种用于分离甲烷或二氧化碳的膜，特别涉及一种具有优异耐热性、耐久性和耐化学溶剂性(耐腐蚀性)的用于分离甲烷和二氧化碳的膜及其制备方法。

[背景技术]

从气体混合物中分离或回收特定气体(尤其是甲烷)，并将其作为燃料气等有效地利用，所述气体混合物为例如天然气、石脑油、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)和源自石油化学工业的废气以及由污水处理设备的污泥或垃圾处理厂的污物进行生化处理而产生的气体混合物(沼气)。从上述气体混合物中选择性地分离并回收甲烷的材料包括由有机材料或无机材料组成的气体分离膜或吸收剂(参见专利文件1-3)。

专利文件1公开了一种芳族聚酰亚胺气体分离膜，其通过在350℃或更高的温度下将芳族聚酰亚胺膜加热至交联来制备，所述芳族聚酰亚胺膜通过将芳族四羧酸和芳族二胺聚合和酰亚胺化得到(参见专利文件1的权利要求1和第[0002]段)。得到的膜用于从天然气等中分离和回收特定气体。专利文件1的膜的耐热性、耐久性、耐化学性(耐腐蚀性)与由无机材料组成的气体分离膜相比较差，这是因为所述膜由有机材料组成。

专利文件2公开了一种用于分解性气体的吸收剂，其由比表面积为800至2,400m²/g、孔体积为0.4至1.5cm³/g且孔径为7至的活性炭形成(参见专利文件2的权利要求1、第[0001]至[0002]段)。所述吸附剂用于有效地回收/储存主要含甲烷、二氧化碳等的气体混合物(沼气)，所述气体混合物由污水处理设备的污泥或垃圾处理厂的垃圾生化处理而产生。专利文件2的吸收剂不可避免地需要吸收和解吸步骤，并使得用于分离回收特定气体的步骤和设备复杂化，这是因为专利文件2发明的材料为吸收剂。

专利文件3公开了一种用于从进料气体混合物中比C₁更高级的烃中分离纯化甲烷的气体渗透设备的选择性渗透膜，所述进料气体混合物为例如天然气、石脑油、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)和来自石油化工工业的废气及其他，该选择性渗透膜由玻璃质、无定型或半结晶聚合物形成并且玻璃化转变温度高于气体渗透设备的操作温度，所述选择性渗透膜由芳族聚酰亚胺、芳族聚醚等制成(参见专利文件3的权利要求1和2及第[0001]段)。根据专利文件3，所述聚合物的玻璃化转变温度应比气体渗透设备的10至100℃、优选40至60℃的操作温度高，由此，膜中的水汽和高级烃不凝结，从而确保具有高可靠性的气体渗透以及确保纯化有效地进行(参见第[0005]、[0007]、[0020]段等)。此外，与专利文件1相似，专利文件3的选择性渗透膜由有机材料形成，其与由无机材料组成的气体分离膜相比耐热性、耐久性、耐化学性(耐腐蚀性)较差。

如上所述，有机聚合物材料在耐热性方面是不够的，同时无机材料的柔性较差且呈脆性。专利文件4为改善上述二者的缺点，提出无机-有机杂化材料，其通过溶胶-凝胶法将原料混合物固化得到，所述原料混合物为含有以下物质的混合物：具有甲基丙烯酰氧基烷基的硅醇盐；至少一种选自三官能化硅醇盐和四官能化硅醇盐的硅醇盐；至少一种选自乙二醇、聚乙二醇、单甲基丙烯酸聚乙二醇酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、单丙烯酸聚乙二醇酯和二丙烯酸聚乙二醇酯的物质；以及磷化合物(参见专利文件4的权利要求1)。专利文件4写明，杂化材料因其基质相由无机材料组成而具有优异的耐热性和耐化学性(耐腐蚀性)且可应用于100至150℃的高温下，并且，杂化材料因其有机相与无机基质相结合而表现出优异的柔性(参见专利文件4的第[0036]至[0037]段)。专利文件4的发明涉及一种用作有机燃料电池的质子导电部件的在低含水量的条件下也具有质子传导性的自立式(self-standing)膜，其由作为无机相形成材料的硅醇盐、作为有机相形成材料的乙二醇等以及磷酸化合物组成。专利文件4与使用作为基材的无机多孔载体的甲烷分离膜的制备方法的本发明组成不同。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文件1：JP10-156157A

专利文件2：JP2001-269570A

专利文件3：JP2004-533927A

专利文件4：JP2005-162957A

[发明概述]

[技术问题]