[发明专利]交联聚酰亚胺膜和由其制造的碳分子筛中空纤维膜

说明书

一种交联聚酰亚胺，其为交联剂与聚酰亚胺的反应产物。所述交联剂具有至少两个交联部分并且所述聚酰亚胺具有多个具有芳基成分的聚酰亚胺链，所述芳基成分具有由反应性取代基组成的部分。所述聚酰亚胺具有来自聚酰亚胺链的芳基成分的反应性取代基与所述交联剂的交联部分的反应的交联。交联可通过将所述聚酰亚胺与交联剂的混合物在高于约150℃下进行热处理至所述聚酰亚胺开始在惰性气氛下分解的温度来诱导。膜可用于涉及如氢气和轻烃的气体的分离。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月23日提交的美国临时专利申请第62/721,750号的优先权，其全部公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于制造可用于分离气体的碳分子筛(CMS)膜的聚酰亚胺膜。确切地说，本发明涉及一种用于生产可热解以形成CMS膜的交联聚酰亚胺膜的方法。

背景技术

膜广泛用于气体和液体的分离，包括例如分离酸性气体，如从天然气中分离CO₂和H₂S，以及从空气中去除O₂。通过这类膜的气体传输通常由吸附-扩散机制建模。目前，由于易加工性和低成本，聚合膜已被充分研究并且广泛用于气体分离。然而，CMS膜已显示具有超过聚合膜的吸引性分离性能特性。

聚酰亚胺已经在许多不同条件下热解以形成CMS膜。美国专利第6,565,631号公开了在真空和具有痕量氧气的惰性气体下热解。其它专利描述了用于生产碳膜(不对称中空“丝状”和平片两者)的方法和气体分离的应用，包括例如美国专利第5,288,304号和EP专利第0459623号。Steel和Koros对热解温度、热浸泡时间和聚合物组成对碳膜性能的影响进行了详细研究。(K.M.Steel和W.J.Koros,“碳材料的孔隙率及其对气体分离特性的相关影响研究(Investigation of Porosity of Carbon Materials and Related Effects on Gas Separation Properties)”,《碳(Carbon)》,41,253(2003)；K.M.Steel和W.J.Koros,“热解参数对碳材料气体分离特性的影响研究(AnInvestigationoftheEffectsofPyrolysis Parameters on Gas Separation Properties of Carbon Materials)”,《碳》,43,1843,(2005))。在这些研究中，膜是在0.03mm Hg压力下的空气气氛中生产的。