用于制造气体分离膜的方法和由此制造的气体分离膜技术

本说明书提供了用于制备气体分离膜的方法和使用其制备的气体分离膜，所述方法包括通过在多孔基底上涂覆亲水性聚合物溶液来形成多孔层；以及通过在所述多孔层上涂覆包含由化学式1表示的聚合物的用于形成活性层的组合物来形成活性层，其中基于所述用于形成活性层的组合物，所述由化学式1表示的聚合物以1重量％至5重量％包含在内。

Method for manufacturing gas separation membrane and gas separation membrane thus manufactured

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造气体分离膜的方法和由此制造的气体分离膜
本申请要求于2017年11月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0147530号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及用于制备气体分离膜的方法和使用其制备的气体分离膜。
技术介绍
气体分离膜由支撑层、活性层和保护层形成，并且是利用活性层的孔径和结构特性从气体混合物中选择性地分离气体的膜。因此，将气体渗透率和选择度用作表示膜的性能的重要指标，并且这样的性能在很大程度上受形成活性层的聚合物材料的影响。因此，需要开发用于增加气体分离膜的渗透率和选择度的方法。
技术实现思路
技术问题本说明书描述了用于制备气体分离膜的方法和使用其制备的气体分离膜。技术方案本说明书的一个实施方案提供了用于制备气体分离膜的方法，所述方法包括：通过在多孔基底上涂覆亲水性聚合物溶液来形成多孔层；以及通过在多孔层上涂覆包含由以下化学式1表示的聚合物的用于形成活性层的组合物来形成活性层，其中基于用于形成活性层的组合物，由化学式1表示的聚合物以1重量％至5重量％包含在内：[化学式1]在化学式1中，n为重复单元的数目，并且为500至3,000的整数，以及R1至R5彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；烷基；或-(C＝O)R6，并且R6为烷基。本说明书的另一个实施方案提供了气体分离膜，其包括：多孔层；和形成在多孔层上的包含由化学式1表示的聚合物的活性层，其中气体分离膜的基于甲烷的二氧化碳选择度为5至30。有益效果根据本说明书的一个实施方案的用于制备气体分离膜的方法提高了二氧化碳选择度和渗透率。此外，根据本说明书的一个实施方案的气体分离膜有效地分离二氧化碳。附图说明图1示出了根据本说明书的一个实施方案的气体分离膜。图2示出了根据本说明书的另一个实施方案的气体分离膜。[附图标记]100、200：气体分离膜10：多孔层11：活性层12：沟槽层13：保护层具体实施方式在本说明书中，某个构件放置在另一构件“上”的描述不仅包括一个构件邻接另一构件的情况，而且还包括在这两个构件之间存在又一构件的情况。在本说明书中，除非特别相反地说明，否则某个部分“包含”某些成分的描述意指能够进一步包含其他成分，并且不排除其他成分。在下文中，将更详细地描述本说明书。本说明书的一个实施方案提供了用于制备气体分离膜的方法，所述方法包括：通过在多孔基底上涂覆亲水性聚合物溶液来形成多孔层；以及通过在多孔层上涂覆包含由以下化学式1表示的聚合物的用于形成活性层的组合物来形成活性层，其中基于用于形成活性层的组合物，由化学式1表示的聚合物以1重量％至5重量％包含在内。[化学式1]在化学式1中，n为重复单元的数目，并且为500至3,000的整数，以及R1至R5彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；烷基；或-(C＝O)R6，并且R6为烷基。根据本说明书的一个实施方案的用于制备气体分离膜的方法在活性层中使用由化学式1表示的聚合物，并且与使用现有的活性层材料的分离膜相比，在二氧化碳气体渗透率和与甲烷气体相比的二氧化碳气体选择度二者方面具有改善的结果。此外，与使用现有的活性层材料(特别是乙酸纤维素)时相比，即使在固体含量小的情况下，根据本说明书的一个实施方案的气体分离膜也具有优异的基于甲烷的二氧化碳选择度。根据本说明书的一个实施方案，基于用于形成活性层的组合物，由化学式1表示的聚合物可以以1重量％至5重量％，优选以1.5重量％至5重量％，更优选以1.5重量％至2.5重量％，并且甚至更优选以1.5重量％至2重量％包含在内。当基于用于形成活性层的组合物，由化学式1表示的聚合物的含量为1重量％至5重量％时，根据活性层中的固体含量，获得最佳的粘度和气体渗透率，对每种气体的选择度可以最大化。根据本说明书的一个实施方案，用于形成活性层的组合物还可以包含硝基甲烷。在这种情况下，基于用于形成活性层的组合物，可以以95重量％至99重量％包含硝基甲烷。硝基甲烷以97.5重量％至98重量％包含在内有效地获得涂覆的活性层的优异的气体渗透率/选择度性能。当检查以95重量％至97.5重量％包含的硝基甲烷的粘度时，确定当涂覆材料(由化学式1表示的聚合物)的浓度增加两倍时，粘度增加约10倍，然而，即使当剪切速率增加时，粘度也保持地恒定，并且由于不发生剪切稀化效应，因此可以通过狭缝涂覆法容易地控制涂覆量和活性层厚度。然而，需要仔细考虑用于涂覆的材料的分子量、溶解时的粘度等来做出决定。根据本说明书的一个实施方案，用于形成活性层的组合物可以包含由化学式1表示的聚合物和硝基甲烷。硝基甲烷(CH3NO2)可以作为用于涂覆乙酰化甲基纤维素(AMC)的溶剂包含在内。在这种情况下，硝基甲烷不溶解包含聚砜的多孔层(UF支撑体)结构，因此不降低多孔层和气体分离膜的耐久性，并且使得能够形成包含由化学式1表示的聚合物的活性层。此外，在形成活性层时，硝基甲烷(摩尔质量：61.04g/mol，密度：1.1371g/cm3(20℃)，熔点：28.38℃，沸点：101.19℃，闪点：35℃)在低温下挥发，并且可以确保气体分离膜的恒定性能。根据本说明书的另一个实施方案，用于形成活性层的组合物可以由由化学式1表示的聚合物和硝基甲烷形成。根据本说明书的一个实施方案，用于形成活性层的组合物可以使用狭缝涂覆来涂覆。当使用狭缝涂覆在多孔层上涂覆用于形成活性层的组合物时，可以容易地控制涂覆的活性层的厚度，并且可以在实现最佳的气体分离膜性能的条件下进行涂覆。根据本说明书的一个实施方案，根据用于形成活性层的组合物的浓度和涂覆条件，活性层厚度可以为0.2μm至2μm。当活性层厚度小于0.2μm时，气体选择度可能降低；而当活性层厚度大于2μm时，气体渗透率可能降低。根据本说明书的一个实施方案，烷基可以为线性或支化的，并且尽管不特别限于此，但碳原子数优选为1至30。具体地，碳原子数优选为1至20。更具体地，碳原子数优选为1至10。其具体实例可以包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基丁基、1-乙基丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、1-甲基己基、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、异己基、2-甲基戊基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限于此。根据本说明书的一个实施方案，R1至R5彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；具有1至10个碳原子的烷基；或-(C＝O)R6。根据本说明书的一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备气体分离膜的方法，包括：/n通过在多孔基底上涂覆亲水性聚合物溶液来形成多孔层；以及/n通过在所述多孔层上涂覆包含由以下化学式1表示的聚合物的用于形成活性层的组合物来形成活性层，/n其中基于所述用于形成活性层的组合物，由化学式1表示的所述聚合物以1重量％至5重量％包含在内：/n[化学式1]/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171107 KR 10-2017-01475301.一种用于制备气体分离膜的方法，包括：
通过在多孔基底上涂覆亲水性聚合物溶液来形成多孔层；以及
通过在所述多孔层上涂覆包含由以下化学式1表示的聚合物的用于形成活性层的组合物来形成活性层，
其中基于所述用于形成活性层的组合物，由化学式1表示的所述聚合物以1重量％至5重量％包含在内：
[化学式1]



在化学式1中，
n为重复单元的数目，并且为500至3,000的整数；以及
R1至R5彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；烷基；或-(C＝O)R6，以及R6为烷基。


2.根据权利要求1所述的用于制备气体分离膜的方法，其中所述用于形成活性层的组合物还包含硝基甲烷。


3.根据权利要求1所述的用于制备气体分离膜的方法，其中所述用于形成活性层的组合物使用狭缝涂覆来涂覆。


4.根据权利要求1所述的用于制备气体分离膜的方法，其中R1和R3至R5为烷基，以及R2为-(C＝O)R6。


5.根据权利要求1所述的用于制备气体分离膜的方法，其中所述亲水性聚合物为聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚环氧乙烷、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳洙，方索拉，申程圭，宋根元，吉亨培，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR