СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОЙ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ МЕМБРАНЫ С СЕЛЕКТИВНЫМ НЕПОРИСТЫМ СЛОЕМ ИЗ ПОЛИТРИМЕТИЛСИЛИЛПРОПИНА
METHOD OF MAKING COMPOSITE GAS-SEPARATING POLYMER MEMBRANE WITH SELECTIVE NONPOROUS LAYER OF POLYTRIMETHYL SILYL PROPYNE

Изобретение относится к области создания материалов для изготовления мембран, предназначенных для газоразделения, в частности к способу изготовления композиционной мембраны из политриметилсилилпропина для разделения углеводородов различной молекулярной массы и строения, разделения биогаза, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, а также в биотехнологии.
2
2
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления композиционной полимерной мембраны с селективным непористым слоем из полифторалкил(мет)акрилата. Микропористая подложка получена из ароматического полиамидоимида с диаметром пор от 30 до 200 Å и толщиной от 80 до 250 мкм. Диффузионный полимерный слой имел толщину 1-25 мкм. Полученная таким образом мембрана была использована для селективного разделения газов с близким кинетическим диаметром, в частности для разделения смеси O/N (патент RU №2211725 С1). Однако существенным недостатком данной мембраны являются низкие значения потоков разделяемых газов.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение композиционной мембраны с повышенной газопроницаемостью и удельной производительностью.
Технический результат заключается в том, что достигается бездефектное изготовление композиционной полимерной мембраны с селективным слоем из политриметилсилилпропина, а также значительное повышение проницаемости мембраны при разделении газовых смесей, содержащих углеводороды различной молекулярной массы и строения, разделении биогаза с сохранением целостности мембраны и ее селективных свойств.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ изготовления композиционной полимерной мембраны с селективным непористым слоем из политриметилсилилпропина заключается в том, что растворяют политриметилсилилпропин в растворителе, полученный раствор фильтруют и наносят на пористую полимерную подложку. В качестве подложки вырезают ленту из пористого полимерного материала, которую натягивают на ролики, после чего заполняют раствором политриметилсилилпропина емкость, ленту из пористого материала с заданной скоростью пропускают через раствор политриметилсилилпропина и таким образом формируют на плоской поверхности ленты из пористого материала монолитный слой раствора политриметилсилилпропина, после чего ленту снимают с роликов и высушивают при комнатной температуре и атмосферном давлении в течение времени до достижения постоянной массы (не более 24 ч) с получением композиционной полимерной мембраны с толщиной слоя политриметилсилилпропина на поверхности ленты из пористого материала от 0,5 до 5 мкм (в зависимости от выбора растворителя и вязкости получаемого раствора), затем композиционную полимерную мембрану помещают в бутиловый спирт на 24 часа и после этого высушивают на воздухе до постоянной массы. Пример структуры поперечного сечения мембраны в области непористого селективного слоя из политриметилсилилпропина представлен на фиг.1.
На фиг.2 представлена схема установки для пропитки пористой подложки и формирования на ее поверхности монолитных слоев политриметилсилилпропина.
Установка содержит три ролика 1, на которые натягивают ленту 2 из пористого материала, и емкость 3 с раствором политриметилсилилпропина в растворителе, в которую погружен один из роликов 1. Емкость 3 установлена на основании 4, на котором закреплена опорная плита 5, к которой прикреплены с возможностью вращения ролики 1, при этом один из роликов 1 снабжен приводом для его вращения (не показан на чертеже).
Способ изготовления композиционной полимерной мембраны с селективным непористым слоем из политриметилсилилпропина заключается в том, что растворяют политриметилсилилпропин в растворителе, полученный раствор фильтруют, наносят на подложку и обрабатывают бутиловым спиртом. При приготовлении раствора в качестве растворителя чаще всего используют толуол. Полученный раствор фильтруют на сетчатом фильтре. После этого вырезают ленту 2 из пористого полимерного материала, который используют в качестве подложки изготавливаемой мембраны. Наиболее предпочтительно изготовление подложки из полимерных микро- или ультрапористых мембран. Ленту 2 натягивают на ролики 1. После чего заполняют раствором политриметилсилилпропина емкость 3 и ленту 2 вместе с одним из роликов погружают в раствор политриметилсилилпропина в емкости 3, после чего с помощью привода ленту 2 из пористого материала с заданной скоростью пропускают через раствор политриметилсилилпропина в емкости 3 и таким образом формируют на плоской поверхности ленты из пористого материала монолитный слой раствора политриметилсилилпропина. После этого ленту 2 снимают с роликов 1 и высушивают при комнатной температуре и атмосферном давлении до постоянной массы с получением композиционной полимерной мембраны с толщиной слоя политриметилсилилпропина на поверхности ленты 2 из пористого материала от 0,5 до 5 мкм в зависимости от растворителя и вязкости получаемого раствора. Затем композиционную полимерную мембрану помещают в бутиловый спирт на 24 часа и после этого высушивают на воздухе до постоянной массы.
Как показали проведенные исследования, значения газопроницаемости для композиционных мембран, полученных описанным выше способом изготовления, значительно выше, чем для мембран со слоем политриметилсилипропина такой же толщины, полученных стандартным образом (таблица 1), и сохраняются постоянными в течение длительного времени (минимум до 3-х месяцев) (таблица 2). Так удается добиться увеличения удельной производительности в 2-3 раза и резко снизить материалоемкость процесса газоразделения, что позволяет обеспечить создание более компактных мембранных газоразделительных модулей.
Таблица 1
Мембрана ПТМСП
Проницаемость, л/(м<sup>2</sup>·час·атм)
N<sub>2</sub>
CO<sub>2</sub>
CH<sub>4</sub>
C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>
С<sub>4</sub>Н<sub>10</sub>
1) мембрана ПТМСП без помещения ее в бутанол
2200
13500
5400
11200
41500
2) мембрана ПТМСП, обработанная бутанолом
6100
25200
12700
26100
77500
Таблица 2
Мембрана ПТМСП
Проницаемость, л/(м<sup>2</sup>·час·атм)
N<sub>2</sub>
СО<sub>2</sub>
1) мембрана ПТМСП без помещения ее в бутанол (через 3 месяца после получения мембраны)
200
1900
2) мембрана ПТМСП, обработанная бутанолом (через 3 месяца после получения мембраны)
6100
25200
Таким образом, наибольшей производительности композиционных газоразделительных мембран на основе ПТМСП на пористой фильтрационной подложке можно достигнуть при ее помещении в бутиловый спирт после ее получения и сушки в соответствии с описанным выше способом изготовления.