СПОСОБ МЕМБРАННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА Российский патент 1997 года по МПК B01D61/00 

Изобретение относится к области разделения газовых и жидких смесей, в частности к способам мембранного разделения.

Известен способ разделения газовых смесей (авт.св. СССР N 1217457, кл. B 01 D 53/22, 1986) путем пропускания смеси через полупроницаемую полимерную мембрану из кремний-органического блоксополимера: поликарбонат- или полисульфонполидиметилсилоксановую мембрану, которая дополнительно содержит слой полимера фторсодержащего эфира кремниевой или (мет)акриловой кислоты.

Известный способ разделения с использованием указанной мембраны не пригоден для разделения смесей, содержащих фтористый водород из-за низкой химической стойкости материала мембраны к фтористому водороду.

В известном способе мембранного разделения смесей по авт.св. СССР N 1754187, кл. B 01 D 61/00, 1992, включающем подачу разделяемой смеси с одной стороны полупроницаемой мембраны и отбор проникших компонентов с другой, в качестве мембранного материала используется поли-(4,4-дифтор-5-5-бис(трифторметил)-3,5-циклопентиленвинилен). Этот способ обеспечивает достаточную селективность при разделении таких газовых смесей как гелий-азот, гелий-метан, водород-азот, водород-метан, водород-окись углерода и др.

Однако проницаемость фтористого водорода через материал мембраны недостаточна для их использования в технологических аппаратах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ мембранного выделения фтористого водорода (Ж. Химические волокна, 1990, N 1, с.7), заключающийся в подаче разделяемой смеси с одной стороны полупроницаемой мембраны и отбор проникшего фтористого водорода с другой стороны мембраны, выполненной из фторопласта Ф-42 (сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом). Известный способ обеспечивает высокую селективность разделения фтористого водорода с фторидами, например с фреонами (фтористый водород/фреон 14-7,5•10³, фтористый водород/фреон 12-4,3•10³).

Однако проницаемость фтористого водорода через материал мембраны недостаточна и равна
Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи повышения производительности выделения фтористого водорода и увеличения селективности. Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе мембранного выделения фтористого водорода, включающем подачу разделяемой смеси с одной стороны полупроницаемой мембраны из сополимера тетрафторэтилена и отбор проникшего фтористого водорода с другой стороны, в качестве мембранного материала используют сополимер тетрафторэтилена с виниловыми эфирами формулы:

M= NHQ, OQ' или углеводородный радикал, Q=H или углеводородный радикал, Q'= H, NH₄ щелочной металл, М'=(NH)_nQ''; Q''=H,NH₂, Q''' NH₂; Q''' углеводородный радикал; m 4,55-29; q,q'=1-6; l 1-2; K=3 или 5; p 1-5; n≥1.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность выделения фтористого водорода и увеличить селективность разделения за счет выбора мембранного материала, обеспечивающего значительно более высокие коэффициенты проницаемости фтористого водорода по сравнению с известными мембранными материалами.

Пример. Определение проницаемости фтористого водорода производилось на образцах плоских мембран рабочим диаметром 50 мм и толщиной 50-60 мкм. Испытание мембран производилось на установке, включающей диффузионную ячейку, состоящую из двух камер (рабочей и измерительной), разделяемых исследуемым материалом, вакуумно-плотного дозатора и хроматографического анализатора с различными детекторами. В рабочую камеру подавались исследуемые соединения, а из измерительной камеры с помощью вакуумно-плотного дозатора периодически производился отбор пермеата и ввод проб в хроматографический анализатор. По результатам хроматографических измерений рассчитывались коэффициенты проницаемости. Коэффициенты селективности фтористого водорода определялись по отношению к фреону-14(тетрафторметану).

Результаты испытаний сополимеров различных структурных формул приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение производительности выделения фтористого водорода (30-500 раз) и селективности (5-15 раз) по сравнению с техническим решением, выбранным в качестве прототипа.

Способ мембранного выделения фтористого водорода включает подачу разделяемой смеси с одной стороны полупроницаемой мембраны и отбор проникшего фтористого водорода с другой ее стороны. В качестве мембранного материала используют сополимер тетрафторэтилена с виниловыми эфирами формулы:

M= NHQ, OQ' или углеводородный радикал; Q=H или углеводородный радикал; Q'= H, NH₄, щелочной металл; M'=(NH)_nQ''; Q''=H,NH₂, Q'''NH₂; Q''' - углеводородный радикал; m=4,55-29,00; q, q'=1-6; l=1-2; k=3 или 5; р=1-5; n≥1. 1 табл.

Способ мембранного выделения фтористого водорода, включающего подачу разделяемой смеси с одной стороны полупроницаемой мембраны из сополимера тетрафторэтилена и отбор проникшего фтористого водорода с другой ее стороны, отличающийся тем, что в качестве мембранного материала используют сополимер тетрафторэтилена с виниловыми эфирами формулы

или

или

или
где

O(CF₂)_kCOM;


O(CF₂)_kCOM';

R" CH₂-CH₂;


M NHQ, OQ' или углеводородный радикал;
Q H или углеводородный радикал;
Q H, NH₄, щелочной металл;
M' (NH)_nQ";
Q" H, NH₂, Q'''NH₂;
Q''' углеводородный радикал;
m 4,55 29,00;
q, q' 1 6;
l 1 2;
k 3 или 5;
p 1 5;
n≥ 1.