Способ химической модификации полимерной газоразделительной мембраны Советский патент 1992 года по МПК B01D71/32 

Изобретение относится к способам химической модификации полимерных газоразделительных мембран и может быть использовано в химической, металлургической и ряде других отраслей промышленности, для улучшения селективных свойств полимерных газоразделительных мембран, применяемых для разделения воздуха, некоторых технологических газовых смесей.

Известен способ модификации газоразделительных полимерных мембран низкотемпературной плазмой.

Недостатками этого способа являются технологическая сложность (необходимость использования специально разрабатываемого, сложного оборудования), невозможность модификации неплоских материалов (например, полых волокон), возможность

достаточно значительно изменять селективность лишь по отдельным парам газов (как правило, между газами значительно отличающимися размерами молекул).

Известен комбинированный способ модификации полимеров с использованием УФ-излучения.

Недостатками способа являются технологическая сложность (необходимость использования специально разрабатываемого, сложного оборудования), невозможность модификации неплоских материалов (например, полых волокон).

Ближайшим техническим решением является способ химической модификации газоразделительных полимерных мембран методом прямого фторирования, т.е. непосVI

Х|

о ю

Јь

со

редственным воздействием на мембрану молекулярным фтором (F2).

Недостатками этого способа являются: отсутствие модифицирующего эффекта при обработке некоторых классов полимерных мембран (например; фторопластовых), использование чистого фтора, что усложняет процесс в связи с необходимостью предварительной доочистки фтора от примесей.

Цель изобретения - улучшение селективных свойств полимерных мембран, предназначенных для разделения газовых смесей.

Это достигается тем, что в способе химической модификации полимерных газо- разделмтельных мембран полимерные газоразделительные мембраны подвергают обработке летучими фторидами тяжелых металлов MoFe, WFe, UFe. VF5 с давлением до 0,5 эта и температурой 303 К или их смесями с инертными разбавителями: N.. Не, Аг, СОа, воздух при содержании инертного разбавителя 0-80 об.%.

Способ осуществляется следующим образом.

Предназначенную для модификации полимерную мембрану помещают в реактор, изготовленный из F-устойчивых материалов (например, из нержавеющей стали X18H1QT, при использовании сухих МоГ- е и WFe возможно применение стеклянного реактора). Реактор вакуумируется - 10 мин форвакуумным насосом и не менее 20 мин угольной ловушкой, охлаждаемой жидким азотом, После вакуумирования в реактор напускается фторирующий агент (фторирующая смесь). По окончании обработки реактор снова вакуумируется.

. Конкретные условия обработки: давление фторагента, температура, состав смеси и ее давление, время обработки зависят от материала мембраны и предъявляемых к модифицированной мембране требований.

В табл. 1 представлены результаты по влиянию обработки летучими фторидами тяжелых металлов на селективнее свойства полимерных газоразделительных мембран. В табл. 2 представлены результаты по влиянию обработки смесями MoFe/N2 на селек- тивные свойства полимерных газоразделительных мембран.

Из табл. 1,2 следует: обработка летучими фторидами тяжелых металлов позволяет улучшать селективные свойства фторопластовых газоразделительных мембран, селективные свойства модифицированных мембран зависят от используемого фторагента, его абсолютного давления, времени обработки и практически не зависят от типа и количества инертного рззбаЕэителя.

Пример 1. Мембрану типа Ф-26 (сополимер винилиденфторида и гексафтор- пропилена) обрабатывают в течение 36 ч MoFe с Р 0,5 эта при Т 303 К. Селектив- ность мембраны изменяется: по паре с 1,9 до 2,6, по паре C02/N2 с 11 до 18, по паре Не/№ с 28 до 53.

Пример 2, Мембрану типа Ф-42 (сополимер винилиденфторида и тетрафто- рзтиленэ) обрабатывают в течение 150 ча- сов UFe с Р 0,2 эта при Т 303 К. Селективность мембраны изменяется: по паре 02/N2 с 2,1 до 3,6, по пэре С02/№ с 9 до 19, по паре He/N2 с 38 до 84. Пример 3. Мембрану типа Ф-26 обрабатывают в течение 300 ч смесью МоРб/М2 с содержанием MoFe 20 об.% при Р 1,0 эта м Т 303 К. Селективность мембраны изменяется: по паре 02/N2 с 1,9 до 3,0, по паре СОг/№ с 11 до 17, по паре Не/№ с 28 до 73.

Использование изобретения позволяет

-повысить эффективность разделения (т.е. увеличить чистоту и степень извлечения

целевого компонента, снизить расход мембраны) ряда газовых смесей (например, 02/N2 (воздух), C02/N2, He/N2) за счет более высокой селективности модифициро- ванных мембран,

-повышать селективность фторопластовых мембран не модифицируемых прямым фторированием,

-использовать для модификации сброс- ные, промежуточные потоки и сдувки в технологиях с использованием летучих фторидов тяжелых металлов, т.е. использовать для модификации потоки где летучие фториды идут с примесями инертов,

-улучшить экологическую обстановку в районах предприятий, работающих с летучими фторидами тяжелых металлов, снизить нагрузку на их очистные сооружения, поскольку использование для модификации

сбросных(сдувочных)газов(доихдоочистки перед выбросом в атмосферу), содержащих летучие фториды тяжелых металлов будет приводить к их дополнительному извлечению из сбросных продуктов.

Фор мула изобретения

1. Способ химической модификации полимерной газоразделительной мембраны обработкой ее смесью газообразного фтор- содержащего агента с инертным разбавителем, отличающийся тем, что, с целью улучшения селективных свойств мембраны из сополимера винилиденфторида с тетраф- торзтиленом или гексафторпропиленом, в качестве фторсодержащего агента используют летучий фторид тяжелого металла, выбранный из группы МоРб, WFe, UFe, VF5 и обработку осуществляют при содержании последнего 0-80 об.% и его давлении до 0,5 ат

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве инертного разбавителя используют гелий, аргон, двуокись углерода, азот, воздух.

Таблица 1

Использование: химическая, металлургическая и ряд других отраслей промышленности для разделения воздуха, некоторых технологических газовых смесей. Сущность изобретения; мембрану из сополимера ви- нилиденфторида с тетрафторэтиленом или гексафторпропиленом обрабатывают смесью летучего фторида тяжелого металла MoFe, WFe, UFe, VFs с инертным разбавителем при содержании последнего 0-80 об.% и давлении летучего фторида тяжелого металла, 1 з.п. ф-лы, 2 табл. сл с

Влияние обработки летучими фторидзг и тяжелых металлов на селективные свойства полимерных ггзоразделительных мембран (Г06Р.303 К).

Таблица 2

i-fi Влияние обработки смесями MoFa/N2 не селективные свойства полимерных гэзорэзделительных мембран ГГобр. 303 К)