[发明专利]催化-高分子气体分离膜

说明书

本发明涉及一种用于气体分离的催化-高分子气体分离膜及其制备方法。膜材料由无机杂多酸或其盐类与高分子化合物共溶制成。

物质的分离一般采用过滤、蒸馏、重结晶、吸附等方法。近年来，利用有选择性分离性能的高分子膜进行物质分离的技术得到了很大发展，尤其是利用高分子膜进行气体分离的技术（例如：富氧膜、氢分离膜、C₁化学利用膜等）已取得重大进展。膜分离技术在节约能源，简化装置及保护环境等方面有着重要作用。

传统的高分子膜对某种气体的渗透性和选择性总是呈矛盾关系，即提高了渗透性，选择性就降低，反之提高了选择性，渗透性就降低，而有实际应用价值的气体分离膜必须兼具较高的渗透性和选择性。

为了提高传统高分子膜的渗透性和选择性，人们把两种或两种以上的高分子化合物进行共聚，或者共混;或者制备具有超薄活性层的复合膜。

最近，美国、日本等国的科学家们在传统的高分子化合物中加入能吸附气体的金属或合金或无机杂多酸制成无机物-有机聚合物共混膜，提出了制备新型高分子气体分离膜的又一途径。

在US4，636，314专利中分开了一种无机物-有机聚合物共混膜，它的目的是提供一种新型的聚合物膜，用于氮-氢气体分离，并介绍了制备这种新型无机-有机聚合物膜的方法。这种薄膜由单相物机械混合而成，即由1%～70%（重量）的通式为Am[XxYyOz]·nH₂O的杂多酸或其盐，与99%-30%（重量）的聚合物混合而成，聚合物选自下列几种：聚乙烯醇，聚氟乙烯，聚环氧乙烷，聚乙烯亚胺，聚丙烯酸，聚乙二醇，醋酸纤维素，聚乙烯基甲基乙基醚和酚醛树脂。上述混合物中还可加入多种导电粒子从而形成部分的上述膜。导电粒子的作用是形成质子，由金属或合金颗粒组成，并沉积在固体支撑物上，固体支撑物是聚碳酸酯以单分子层形式覆盖于耐高温、高表面积的无机金属氧化物的表面。

制备无机-有机薄膜的方法，是将原料共溶于一种溶剂中，在一定条件下放置足够的时间，以形成单相机械混合物。

但是上述专利没有报道实际膜的基本数据例如：渗透性、分离因子以及膜的性能，如膜的延伸，撕裂强度，耐热、耐压情况等，在用途上也仅提及用于氮-氢分离，没有指出实际的使用途径。

本发明的目的是利用金属及化合物或催化剂对不同物质的氧化-还原反应性能，选择吸附性能（物理吸附、化学吸附）和高分子膜的对气体的选择渗透性，提供一种新型的催化-高分子气体分离膜。这种膜为多孔膜或非多孔膜，是一种由金属、金属络合物、金属盐类以及催化剂和高分子化合物组成的具有选择吸附气体性能的或具有催化反应性能的混合物膜。

本发明的另一目的是，提供制备催化-高分子分离膜的方法。

本发明进一步的目的是，用上述方法制得的膜用于具有工业实用价值的适宜的膜分离器件或催化反应中去（如：加氢、脱氢、氧化、缩合等反应）。

本发明的目的，可以通过以下措施来达到：

利用高分子膜对不同气体的选择渗透性能及其物理化学性能（如耐酸性、耐碱性、溶解性、粘度、使用寿命、拉伸，撕裂强度以及成膜性能等），选择合适的与气体分子可进行可逆络合的有机金属络合物，选择能与气体分子生成吸附态过渡络合物或者能发生氧化-还原反应而且有选择吸附性能的金属，金属盐类，金属氧化物，金属杂多酸或不同类型的催化剂。通过化学或物理方法使上述原料溶合或化合成一体，制成新型的催化-高分子分离膜。

这种新型的催化-聚合物分离膜可用于调节H₂/CO比例;回收CO或H₂，从空气中富集氧或氮，H₂和CH₄的分离，CH₄-CO₂混合气的分离，重整气中H的提纯等等还能应用于某些催化反应的反应物和产物的分离。