[发明专利]一种聚酰胺酰亚胺中空纤维膜及氦气分离膜

说明书

本发明属于气体分离膜技术领域，具体涉及一种聚酰胺酰亚胺中空纤维膜，并进一步公开其制备方法以及制备氦气分离膜的应用。本发明提供的一种聚酰胺酰亚胺中空纤维膜的制备方法，包括配制聚酰胺酰亚胺铸膜液的步骤，以及，将所述铸膜液进行干‑湿法纺丝的步骤，得到所需聚酰胺酰亚胺中空纤维膜。本发明得到聚酰胺酰亚胺中空纤维膜氦气对氮气的选择比大于5，满足工业应用的需求，并且具有较高的氦气通量。

技术领域

本发明属于气体分离膜技术领域，具体涉及一种聚酰胺酰亚胺中空纤维膜，并进一步公开其制备方法以及制备氦气分离膜的应用。

背景技术

氦气作为一种稀有的惰性气体，因其独特的理化性质，其在核能、医疗、太空工业上的应用无法被其它物质所替代，而被视为国防军工和科技产业发展不可或缺的战略物资之一。近年来，由于核能、医疗、太空工业的快速发展，氦气的需求量也大幅增加。即使拥有丰富氦气资源的国家都计划扩大产能以满足国际市场所需，但预计在短期之内全球氦气资源仍会呈现短缺的情况，从而造成国际市场氦气单价的上涨。

目前，氦气的工业化生产主要原料来自含氦天然气。在现有氦气工业化生产技术中，氦气的生产分为三个阶段即氦气回收、氦气升级及氦气纯化阶段。其中，在氦气的回收阶段，传统采用低温蒸馏技术，将含氦天然气液化过程中脱氮单元的出口气体进行氦气回收，使氦气浓度从1-3vol％提升至50-70vol％。但是，由于低温蒸馏技术需要消耗大量的能源，成为氦气生产成本的主要支出之一。

相对于低温蒸馏技术，高分子膜气体分离技术被视为最有潜力的替代技术，可大幅减少传统技术在氦气回收的能源消耗，并提高氦气回收效率，有效降低氦气生产成本，以减缓预期全球氦气资源短缺对于国际市场氦气单价造成的影响。然而，目前现有氦气分离膜在满足氦气分离选择比的情况下，却存在氦气通量较低的问题。因此，开发一种既满足氦气分离选择比要求又具有高的氦气通量的氦气分离膜具有积极的意义。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的氦气分离膜在满足氦气分离选择比的情况下存在氦气通量较低的缺陷，从而提供一种聚酰胺酰亚胺中空纤维膜，并进一步公开其制备方法以及制备氦气分离膜的应用。

本发明提供一种聚酰胺酰亚胺中空纤维膜的制备方法，包括配制聚酰胺酰亚胺铸膜液的步骤，以及，将所述铸膜液进行干-湿法纺丝的步骤，得到所需聚酰胺酰亚胺中空纤维膜。

优选的，所述聚酰胺酰亚胺铸膜液以其总量计，包括：聚酰胺酰亚胺24-30wt％以及第一极性溶剂70-76wt％；

优选的，所述第一极性溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种的混合溶剂。

优选的，所述配制聚酰胺酰亚胺铸膜液步骤的温度为75-85℃；

优选的，所述配制聚酰胺酰亚胺铸膜液的步骤还包括将所述聚酰胺酰亚胺于100-150℃下进行真空干燥处理的步骤；

优选的，所述配制聚酰胺酰亚胺铸膜液的步骤还包括将所述聚酰胺酰亚胺铸膜液在60-70℃下静置14-18h的步骤。

优选的，所述干-湿法纺丝步骤包括将所述铸膜液和芯液混合并进行纺丝的步骤，所得纺丝经气距成型及凝聚固化，得到所需中空纤维膜。

优选的，所述干-湿法纺丝步骤中，所述气距成型步骤的气距高度为60-80cm；

优选的，所述气距成型步骤的环境温度为20-30℃、相对湿度为20-30％。

优选的，所述干-湿法纺丝步骤中，所述凝聚固化步骤包括将所得纺丝置于凝聚液中进行浸泡的步骤；

优选的，所述凝聚液包括纯水；

优选的，所述凝聚液的温度为20-40℃；

优选的，所述浸泡步骤的时间为44-48小时；