[发明专利]一种碳分子筛膜结构重塑方法

说明书

本发明公开了一种碳分子筛膜结构重塑方法，包括如下步骤：步骤1，将碳分子筛膜置于容器中，通入含氧吹扫气吹扫碳分子筛膜，将容器内温度升至300～500℃；步骤2，切换容器内气氛为非氧化性气体，退火至25～100℃。本发明通过将碳分子筛膜在含氧气氛中升温热处理，然后再在惰性气氛下，缓慢退火即完成了碳分子筛膜结构重塑。方法简单、有效，解决了碳分子筛膜在分离测试中寿命较短的问题，这对于碳分子筛膜的实际应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种碳分子筛膜结构重塑方法。

背景技术

碳分子筛膜是由聚合物膜材料在一定的条件下经热解碳化制备而成，是20世纪80年代发展起来的一种新型的无机膜材料。Koresh等于1983年首次报道了碳分子筛膜，发现该类材料具有比聚合物膜材料更好的气体分离性能，如分离O₂/N₂，N₂/SF₆等(Koresh J.E.,Sofer A.,Sep Sci Technol.,1983,18:723-734；Koresh J.E.,Sofer A.,Sep.Sci.Technol.,1987,22:973-982)。碳分子筛膜被认为是气体膜分离领域最具有工业应用前景的气体分离膜材料之一(Burns R.L.,Koros W.J.J.Membr.Sci.,2003,211:299-309)。多数具有分离性能的碳分子筛膜都是由石墨烯片无序堆叠形成乱层碳结构，其中石墨烯片层间会形成“狭缝型”纳米级微孔，是分子主要的传输通道。另外，石墨烯片层本身也会在高温下形成缺陷孔，起到分子筛分作用。

CN107635646A提供了超选择性碳分子筛膜以及制造方法，针对用于制造在第一气体种类和第二气体种类之间具有期望的选择透过性的碳分子筛膜的方法，其中第二气体种类具有比第一气体种类大的动力学直径。所述方法包括提供聚合物前体并且在有效地选择性降低第二气体种类的吸附系数的热解温度热解聚合物前体，从而提高得到的碳分子筛膜的选择透过性。提高热解温度明显地降低了甲烷吸附系数，和因此提高了氢气、氮气、和二氧化碳相对甲烷的吸附选择性。实验通过在超高纯度(UHP)氩气的连续吹扫(200cc/分钟)下使用以下加热方法的Matrimid中空纤维膜的受控热解形成碳分子筛膜。加热方法为1)50℃至250℃(13.3℃/分钟),2)250℃至T_最终-15(3.85℃/分钟),3)T_最终-15至T_最终(0.25℃/分钟),4)在T_最终热浸120分钟,5)自然冷却,T_最终＝750、800、850、875和900℃。随着热解温度从750提高至900℃，O₂/N₂扩散选择性提高至2.3倍，从7.8至17.8，同时O₂/N₂吸附选择性几乎保持恒定。

CN102824857A涉及到一种高性能气体分离炭膜的制备方法，特别是涉及到一种利用不同分子量聚酰胺酸酰亚胺化得到的聚酰亚胺制备具有高性能气体分离炭膜的制备方法。其采用单一分子量的聚酰胺酸或者两种不同分子量聚酰胺酸按一定比例混合的混合液为制膜液，成膜，通过酰亚胺化并炭化后制备同时具有高渗透性和气体分离选择性的炭膜。将聚酰胺酸膜干燥后在惰性气体保护下酰亚胺化，酰亚胺化温度为100～400℃，酰亚胺化时间30～180min，升温速率为1～5℃/min；将酰亚胺化后的聚酰亚胺膜炭化制备得到炭膜，炭化终温为500～1000℃，并在此温度下恒温30～120min，升温速率为0.1～5℃/min。

CN101700474A公开了一种高分子量聚酰亚胺气体分离膜及制备方法，是由芳香二胺和芳香二酐组成，配合极性溶剂，经聚酰胺酸溶液制备、制备聚酰亚胺膜及聚酰亚胺膜脱膜工艺步骤，制成高分子量聚酰亚胺气体分离膜。化学酰亚胺化成膜，在上述聚酰胺酸溶液中加入脱水剂和催化剂进行化学酰亚胺化，在-20℃-23℃下反应12-48h，反应结束后将其稀释至质量份数为1-15％后，在玻璃板上浇铸成膜，并将成膜玻璃板置于充氮烘箱中，在100℃-400℃温度下，干燥处理4-48h；将带有聚酰亚胺膜的玻璃板冷却至室温，然后进行水煮脱膜。