[发明专利]基于聚(2,5-苯并咪唑)、共聚物和被取代的聚苯并咪唑的聚合物层状中空纤维膜

说明书

本发明涉及基于聚(2,5‑苯并咪唑)(ABPBI)、ABPBI共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的聚合物层状中空纤维膜及其制备方法。

技术领域

本发明涉及基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的聚合物层状中空纤维膜。特别地，本发明涉及基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的聚合物层状中空纤维膜的制备方法。

背景技术和现有技术

无机酸通常用于许多行业，例如钢铁、金属表面处理和精炼(Cr、Ni、Zn、Cu等)、电子、化学制造等。它们在各个阶段的加工都会产生大量的酸溶液流。膜技术是最可行的方法；由于其操作简单、可接受的渗透性质、低能量要求、环境兼容性、易于控制和规模扩大以及大的操作灵活性。然而，聚合物膜的应用受到限制，主要是因为膜对高酸浓度的稳定性差，其他溶质的共运导致选择性差和膜结垢。此外，微孔平板和中空纤维膜在本领域中是众所周知的。这种膜通常通过溶液流延法(平板)或通过溶液挤出-沉淀法(中空纤维)制成。由常规聚合物制成的膜不能用于处理含有溶剂、酸或其他刺激性化学物质的进料流。为了克服这些缺点，需要一种有效的膜。

聚苯并咪唑(PBI)是一类由于其高的热化学和机械稳定性而被广泛用于不同应用中的聚合物。聚合物主链由具有可为聚合物提供出色的刚性的N-H基团的杂芳族片段组成。PBI的这种出色的刚性赋予其在高温和低温下保持的能力，这使其成为气体分离应用的合适候选者。PBI的渗透性和溶解性差导致需要进行结构改性。第一步是用庞大的基团对酸和胺片段进行结构改性，但性能仍未与其他聚合物竞争。通过N-取代进行结构改性是提高渗透性的另一种方法，成功地合成了叔丁基苄基取代的聚合物，其渗透性分别比母体聚合物PBI-BuI和PBI-1高4倍和17倍。这些性质在平板形式(厚度约40-50μm的薄膜)上得到证明。对于气体分离的实际应用，该膜需要是不对称的，并在多孔子结构上支撑厚度约10μm的薄皮。这样，可以在保持表皮层的固有选择性的同时获得高通量。由于单体的高成本以及提取更好的膜性能，仅基于PBI制造中空纤维膜没有实际意义。双层中空纤维膜可以解决所讨论的问题。

与反渗透相比，正渗透过程的能量需要为约10％，并且比压力驱动膜过程更不容易结垢。在工业应用中，尤其是在制药和精细化学品中，必须使用有机溶剂。本发明的大多数聚合物膜不能承受有机溶剂。因此，有必要改善膜的溶剂稳定性，这成为本发明的目的。

建立全蒸发用于有机溶剂的脱水。聚合物膜的主要缺点之一是其有限的溶剂稳定性。聚合物膜的使用也受到温度限制的限制。

WO-2011104602公开了一种多孔ABPBI[磷酸掺杂的聚(2,5-苯并咪唑)]膜及其制备方法，其中所述ABPBI多孔膜对强酸、强碱、普通有机溶剂和恶劣的环境条件具有优异的稳定性。

尽管在US-6986844B2中证明传统的PBI用于制备其中空纤维膜，以及在US-20110266222中证明其用于制备双层膜，文献中并未针对分离应用显示基于ABPBI的中空纤维。它们可用于多种应用，例如全蒸发、正渗透、气体分离等。尽管在文献中证明ABPBI的优异的溶剂和温度稳定性，但对于用于分离应用的中空纤维膜制备却没有证明。

因此，需要开发一种基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、ABPBI共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的中空纤维膜。

发明目的

本发明的主要目的是提供基于聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)共聚物和被取代的聚苯并咪唑(PBI)的基本上无孔的聚合物层状中空纤维膜。