[发明专利]逆向渗透膜和分离

说明书

提供适合多种类型的分离、比如通过逆向渗透的分离的不对称膜结构体。还提供了制造不对称膜结构体的方法。膜结构体可包括至少一个聚合物层。可使用热解将聚合物层转化为具有更高的碳氢比的多孔碳结构体。

技术领域

本发明涉及用于多种分离、比如通过逆向(反向，reverse)渗透的分离的膜，和制造和使用这样的膜的对应方法。

背景技术

许多石油炼制和化学生产过程包括用于离析理想的产物的一种或多种分离工艺。由于进行分离所需能量低，膜分离是潜在地理想分离方法。然而，膜分离的使用限于其中可获得用于进行商业规模分离的合适的膜的情形。

从其他C₈芳族化合物分离对二甲苯是难以通过沸点分离进行的分离的实例。目前商业方法涉及选择性结晶或模拟的移动床色谱以使对二甲苯与邻位和间位二甲苯分离。这些方法是能量和/或设备密集型的。

美国专利4,510,047描述了用于逆向渗透分离含碳氢的化合物，例如芳族提取溶剂的再生纤维素膜。再生纤维素膜在这样的溶剂的存在下容易发生孔溶胀。

美国专利4,571,444描述了使用不对称的聚酰亚胺纤维膜使烷基芳族化合物与芳族溶剂分离的方法。该膜被描述为适合使苯、甲苯、和/或乙苯与用C₈-C₂₀烷基基团烷基化的单环芳族化合物至少部分分离。

发明内容

在多个方面中，提供包括第一膜层和第二膜层的膜结构体(structure)。第一膜层可包括多孔碳层和/或多孔金属结构体。任选地，多孔碳层或多孔金属结构体可具有至少0.2cm³/g的孔体积，其中中值孔径为至少20nm。膜结构体的第二膜层可包括具有至少约100m²/g(或至少约300m²/g)的BET表面积的多孔碳层，第二膜层具有包括最小实质(substantial)孔径峰的孔径分布，所述最小实质孔径峰具有约3.0埃至约50埃的中值孔径。任选地，最小实质孔径峰可具有约3.0埃至约10埃、或约5.8埃至约6.8埃的中值孔径。任选地，膜结构体可对应于中空纤维膜结构体。任选地，对应于最小中值孔径的所述实质孔径峰可具有这样的中值孔径，当膜结构体暴露于用于分离的液体时，其与当膜结构体未暴露于用于分离的液体时的中值孔径相差10％或更小(或5％或更小或2％或更小)。

在一些方面，提供用于制造包括第一膜层和第二膜层的膜结构体的方法。在膜结构体包括多个多孔碳层的方面，该方法可包括形成包括第一膜层和第二膜层的膜结构体，第一膜层具有至少0.02cm³/g的孔体积，其中中值孔径为至少20nm，第二膜层包括部分氟化的乙烯和/或丙烯聚合物，其具有小于50m²/g的BET表面积；使膜结构体交联以形成在100℃具有至少约200MPa的储能模量的交联的膜结构体；使交联的膜结构体在约450℃至约650℃的热解温度下在基本上惰性的气氛中热解以形成热解的膜结构体，热解的膜结构体的第一膜层具有至少0.2cm³/g的孔体积，其中中值孔径为至少20nm，热解的膜结构体的第二膜层具有至少约100m²/g(或至少约300m²/g)的BET表面积，第二膜层具有包括最小实质孔径峰的孔径分布，所述最小实质孔径峰具有约3.0埃至约50埃的中值孔径。任选地，最小实质孔径峰可具有约3.0埃至约10埃、或约5.8埃至约6.8埃的中值孔径。任选地，膜结构体可对应于中空纤维膜结构体。任选地，第一膜层和第二膜层可各自独立地对应于包括如下的聚合物：聚酰亚胺聚合物、部分氟化的乙烯聚合物，部分氟化的丙烯聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰胺-酰亚胺聚合物、聚醚酰亚胺聚合物、或其组合。任选地，第一膜层和/或第二膜层可以是部分氟化的乙烯和/或丙烯聚合物，比如聚偏二氟乙烯。