006480 - 1 - Область техники, к которой относится изобретение

006480
Область техники, к которой относится изобретение
Во многих случаях необходимо или желательно проводить разделение таких газов, как кислород и
азот, или отделять их от других газовых смесей. Такие операции могут оказаться полезными для удаления кислородa из потока горючих газов, удаления азота с целью повышения содержания кислорода в
газовых смесях медицинского назначения, осуществления разделения в ходе нефтехимического процесса
или как часть процесса получения чистых газовых потоков.
Уровень техники
Для осуществления таких разделений было разработано несколько методов, включающих поглощение в фазе растворителя, адсорбцию в условиях градиента давления (PSA) и мембранное разделение. Методы мембранного разделения основаны на том, что относительная проницаемость одной газовой молекулы через мембрану значительно выше относительной проницаемости другой газовой молекулы. Большой интерес вызывает возможность использования полимерных мембран в процессах газоразделения.
Примерами некоторых мембран, используемых для этой цели, могут служить силиконовые мембраны,
предназначенные для разделения системы кислород/азот, ацетатцеллюлозные мембраны для удаления
диоксида углерода из природного газа и полисульфоновые мембраны с силиконовым покрытием, предназначенные для выделения водорода из различных отходящих потоков. В типичном случае через полимерную мембрану поддерживается перепад давления, обеспечивающий движущую силу процесса проницания. Два свойства мембраны имеют решающее значение для определения ее технических характеристик. Первым из таких свойств является растворимость газа в мембране, тогда как вторым свойством
служит коэффициент диффузии газа в материале мембраны. Сумма двух этих свойств, т.е. растворимости и коэффициента диффузии, называется проницаемостью. Чем выше проницаемость мембраны, тем
более привлекательно ее использование в процессе газоразделения. Как будет более подробно показано
ниже, проницаемость полимерной мембраны может быть увеличена, а также изменена при формировании
мембраны со смешанной матрицей, в результате чего получают новую мембрану настоящего изобретения.
Что касается некоторых газоразделительных мембран, известных до настоящего времени, то в
US-A-4243701 сообщается о ряде мембран, которые могут использоваться для разделения различных
газов. Разделение газовой смеси с использованием мембраны осуществляют пропусканием исходного
газового потока сквозь мембрану. Ввиду того, что подаваемый поток находится под повышенным давлением, более проницаемый компонент смеси будет проходить через мембрану с более высокой скоростью,
чем менее проницаемый компонент. В связи с этим, проникающий поток, проходящий через мембрану,
обогащен более проницаемым компонентом, тогда как остаточной поток обогащен менее проницаемым
компонентом сырья.
В многочисленных ссылках описывается введение различных материалов внутрь разделительных
мембран. В US-A-3457179; US-A-3878104; US-A-3993566; US-A-4032454; и US-A-4341605 описывается
использование структурного носителя или армирующих волокон или тканей для придания мембране устойчивости к высокому давлению, используемому в процессе обратного осмоса. В US-A-3 556305 раскрывается мембрана для обратного осмоса «сэндвичего» типа, включающая пористый субстрат, покрытый барьерным слоем, который, в свою очередь, покрыт полимером или пленкой, связанной с барьерным
слоем с помощью клейкого полимерного слоя. В US-A-3 862030 описывается полимерная матрица с таким неорганическим наполнителем, как оксид кремния, распределенным в структуре, который образует
сетку из микропустот или пор размером в 0,01-100 мкм, способную отфильтровывать микроскопические
или очень мелкие частицы субмикронного размера. В US-A-4302334, выданном на имя Jakabhazy et al.,
раскрывается мембранный «сплав», включающий гидрофобный фторуглеродный полимер, смешанный с
поливиниловым спиртом, придающим мембране гидрофильные свойства.
В US-A-4606740 описывается состав и производство многокомпонентных мембран, содержащих полиэтиленгликоль, используемых для разделения газовых смесей. В рассматриваемой ссылке также раскрывается
использование полисульфоновых носителей. В US-A-5127925 описывается разделение газов с помощью
мембраны со смешанной матрицей, состоящей из полисиликона, включающего частицы твердого адсорбента.
Авторы настоящего изобретения разработали новый и чрезвычайно выгодный способ получения
мембраны со смешанной матрицей. Они также обнаружили, что мембрана со смешанной матрицей, полученная в соответствии со способом настоящего изобретения, обладает уникальными характеристиками
ввиду того, что стационарная проницаемость мембраны изменяется таким образом, что обеспечивается
желательная селективность в отношении прохождения требуемой жидкости, и в особенности газа, из
смеси жидкостей и газов через мембрану со смешанной матрицей. Кроме этого, авторы настоящего изобретения дополнительно разработали специальную комбинацию ингредиентов для получения мембраны
со смешанной матрицей, которая не была известна до настоящего изобретения.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к мембране со смешанной матрицей, обладающей улучшенной
стабильностью и разделительными характеристиками. Настоящее изобретение также охватывает способ
получения такой усовершенствованной мембраны. Рассматриваемые усовершенствования являются
следствием введения активированного угля или вещества с аналогичным действием в рецептуру, содержащую полиэтиленгликоль.
-1-
006480
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена схема разделения двух газов с помощью мембраны со смешанной матрицей.
На фиг. 2 представлена схема мембраны настоящего изобретения, содержащей твердое вещество,
жидкость и полимер.
Фиг. 3 изображает блок-схему получения мембран со смешанной матрицей настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных воплощений
Настоящее изобретение относится к составу многокомпонентных мембран или мембран со смешанной матрицей, обладающих улучшенной селективностью в разделении газов, особенно при разделении
кислорода и азота. Такие мембраны могут использоваться для разнообразных промышленных и потребительских целей, описанных ниже. Полезность любой конкретной мембраны тесно связана с такими техническими характеристиками, как селективность и проницаемость. Способность мембраны к разделению
газообразного материала регулируется растворимостью (S) и коэффициентом диффузии (D). Селективность компонентов 1 и 2 определяется следующим уравнением:
Некоторые из обычных газообразных материалов, которые могут разделяться с использованием таких мембран, представлены в следующей ниже таблице, где также указан кинетический диаметр газовых
молекул, фактор, имеющий отношение к способности молекул проникать в твердый компонент мембраны со смешанной матрицей. Твердый компонент, который может представлять собой цеолит или другой
адсорбционный материал, не является адсорбционным компонентом мембраны, и вместо этого его
функции заключаются в увеличении растворимости газовой молекулы желаемого пермеата в композитной мембране. В результате этого происходит увеличение отношения S1:S2 в определении селективности.
Таблица 1
Молекула
Диаметр молекулы, Å
NН3
2,6
Н2О
2,65
H2
2,89
С2Н2
3,3
O2
3,46
SO2
3,6
N2
3,64
CO
3,76
СН4
3,8
С2Н4
3,9
На фиг. 1 показано мембранное разделение компонентов 1 и 2. Фигура иллюстрирует подачу газовой смеси, содержащей равные количества компонентов 1 и 2, с левой стороны устройства, при преимущественном проходе компонента 2 через мембрану, в результате чего газообразный продукт, выходящий
из нижней части устройства, обогащен газообразным компонентом 2. В рассматриваемом случае компонент 2 представляет собой молекулу желательного пермеата. Как следует из фигуры, небольшая часть
компонента 1 проходит через мембрану вместе с компонентом 2, тогда как большая часть компонента 1 не
проходит через мембрану. Распределение твердого вещества или жидкости в полимерной фазе, положенное
в основу термина «мембрана со смешанной матрицей», повышает селективность разделения по компоненту
2. Поскольку твердое вещество не предназначено для выполнения функций адсорбента, его селективность в
отношении желательного пермеата необязательно должна быть высокой. Хотя этот компонент может
обладать селективностью в отношении желательного пермеата, твердое вещество в качестве адсорбента
вносит лишь незначительный вклад в высокую селективность мембраны со смешанной матрицей.
Было показано, что известные мембраны со смешанной матрицей включают два типа смешанных
мембран - мембраны, в которых полимер содержит твердое вещество, и мембраны, в которых полимер
содержит жидкость. Одна из известных мембран такого типа, мембрана, содержащая твердое вещество,
включает силикалит, распределенный в ацетате целлюлозы. Примером мембраны со смешанной матрицей
из жидкости и полимера может служить система, в которой полиэтиленгликоль распределен в силиконовом каучуке. Мембраны со смешанной матрицей также описаны в цитированном выше US-A-4606740, а
также во многих статьях, например в работах Tantekin-Ersomaz et al., Journal of Membrane Science 175
(200) 285-288; Suer et al., Journal of Membrane Science 91 (1994) 77-86; и Sungpet et al., Journal of Membrane
Science 136 (1997) 111-120. Содержание цитированных ссылок в том, что касается состава и получения
мембран со смешанной матрицей, предназначенных для газоразделения, включено в настоящее описание.
Фиг. 2 изображает упрощенную диаграмму, иллюстрирующую полную структуру и состав мембраны настоящего изобретения, включающей твердое вещество, жидкость и полимер, обладающей неожиданными преимуществами в разделении газов над мембранами прототипа. Рассматриваемая мембрана
представляет систему со смешанной матрицей из твердого полимера и жидкого полимера. На фиг. 2 по-2-
006480
казан слой мембранной среды, которая в рассматриваемом случае содержит полиэтиленгликоль (ПЭГ) и
твердые частицы, распределенные в силиконовом каучуке. Опорой для такого слоя служит полисульфоновая ткань, обеспечивающая прочность и форму мембраны. Через полисульфоновую ткань проходят
многочисленные мелкие отверстия, представленные пустотами. Мембранная среда соединяет эти пустоты таким образом, что они образуют твердый слой, обладающий сопротивлением потоку газа.
Мембрана настоящего изобретения содержит пластификатор, предпочтительно на основе гликоля, с
молекулярной массой 200-600. Предпочтительный пластификатор представляет собой полиэтиленгликоль (ПЭГ). Другие подходящие гликолевые пластификаторы включают тетраэтиленгликоль, пропиленгликоль и полипропиленгликоль.
Мембрана также содержит силиконовый каучук (SIL). Силиконовый каучук может быть описан, как
материал, образующий эмульсию с гликолевым пластификатором, причем ПЭГ распределяется в силиконовом каучуке.
Мембрана содержит 5-50% пластификатора и 40-85% силиконового каучука. Предпочтительный
интервал содержания пластификатора составляет 10-30%. Предпочтительный интервал содержания силиконового каучука составляет 60-80%. Если не указано иначе, то все процентные соотношения, приведенные в настоящем документе, даны в весовом выражении.
Мембраны настоящего изобретения также содержат адсорбент, примером которого может служить
активированный уголь. Этот компонент присутствует в виде очень мелких нерастворенных частиц, распределенных в литой части мембраны. Мембрана может содержать 1-40% активированного угля или эквивалентного адсорбента. Предпочтительный диапазон содержания угля составляет 5-25%. Предпочтительно, чтобы размер частиц активированного угля составлял 0,1-5 мкм, причем широкий интервал распределения частиц по размеру составляет 0,1-200 мкм. В рецептурах настоящего изобретения используется активированный уголь, приобретенный у Calgon Carbon Corporation в виде продукта под названием
CAL. Могут использоваться адсорбирующие компоненты других типов, например цеолиты и карбонаты.
Предполагается, что активированный уголь выполняет функцию субстрата или носителя для ПЭГ.
В таком случае считается, что ПЭГ адсорбируется на поверхности частиц угля. Указанную функцию,
состоящую в стабилизации ПЭГ или другого пластификатора, могут эффективно выполнять и другие
материалы, например неорганические оксиды. Так, например, мелкоизмельченный оксид алюминия, оксид кремния или цеолиты способны функционировать указанным образом. Как следует из представленных ниже результатов испытаний, присутствие активированного угля в мембране из силиконового каучука и ПЭГ улучшает селективность газоразделения. Уголь также способен повышать стабильность
мембраны. Стабильность мембраны испытывали путем отделения азота и затем диоксида углерода при
замене выбранного пермеата каждые 24 ч. Испытание на устойчивость проводили при 70°С в условиях
изменения давления через мембрану в интервале 172-345 кПа.
Предлагаемая мембрана также может содержать соль угольной кислоты (карбонат), причем для
включения в состав мембраны подходят как неорганические, так и органические карбонаты. Примерами
подходящих карбонатов могут служить карбонаты натрия и калия. Присутствие карбоната полезно в тех
случаях, когда желательно отделить диоксид углерода от исходной газовой смеси, например от газа, содержащего азот, кислород или легкие углеводороды, например метан. В этом случае важно, чтобы исходный газовый поток содержал воду, хотя было установлено, что относительная влажность сырья в интервале 30-70% незначительно изменяет селективность мембраны в разделении диоксида углерода и азота. Исходный газовый поток может быть насыщен водой.
Согласно одному из воплощений мембранные композиции настоящего изобретения содержат 5%
карбоната калия, 15% активированного угля и 80% силиконового каучука, согласно второму воплощению композиции содержат 20% активированного угля, 10% ПЭГ и 70% силиконового каучука.
Третье воплощение мембранной композиции настоящего изобретения содержит 5% карбоната калия, 15% активированного угля, 10% ПЭГ и 70% силиконового каучука.
Мембрана может быть сформирована смешиванием (перемешиванием или встряхиванием) требующихся ингредиентов в присутствии подходящего растворителя при комнатной температуре с последующей отливкой мембраны путем распределения ингредиентов жидкофазной смешанной мембранной
среды по пористой поверхности с использованием традиционных способов. Мембрана также может погружаться или пропускаться через пул из смешанных ингредиентов. После этого избыток мембранной
среды удаляют и оставшейся среде дают отвердевать под воздействием повышенной температуры до
100°С. Предпочтительным носителем является тканная или нетканая полимерная ткань, устойчивая к
действию химических веществ и температур, воздействующих на мембрану. Таким материалами являются ацетат целлюлозы, полисульфон, полиэфирсульфон и полиимиды. Предпочтительным носителем является пористый полисульфон. Полисульфон может быть подвергнут обработке в результате контакта с
многоатомным спиртом, например полиэтиленгликолем, катехином или пропиленгликолем. Предпочтительным многоатомным спиртом является глицерин. Обработка может производиться путем воздействия
твердой среды на жидкий многоатомный спирт в течение 1-4 ч с последующей сушкой на воздухе при
комнатной температуре.
-3-
006480
На фиг. 3 проиллюстрированы стадии получения мембраны, содержащей ПЭГ, карбонат калия, активированный уголь и силиконовый каучук. На схеме показаны две стадии начального смешивания, в
результате проведения которых образуются отдельные смеси. Силиконовый каучук смешивают с циклогексаном и готовят отдельную смесь из ПЭГ, карбоната калия и активированного угля. Затем две указанные смеси смешивают друг с другом с получением отливочного раствора, который далее выливают на
такую подложку, как обработанный пористый полисульфон. После заливки указанный раствор отвердевает в атмосфере горячего воздуха.
Согласно предпочтительным воплощениям настоящего изобретения уголь вводят в силиконовый
каучук перед добавлением пластификатора. Добавление проводят в присутствии подходящего растворителя. В качестве растворителей используются фторированные углеводороды, например трифтортрихлорэтан, однако, по экологическим соображениям предпочитают использовать нефторированный растворитель, например циклогексан, который, однако, не удовлетворяет современным стандартам. Растворитель
используют в количестве, обеспечивающем получение способной к обработке смеси, подходящей для
литья. Обычно растворитель используют в количестве 80-95%. На стадии отвердевания растворитель
удаляют из мембраны. US-A-4606740 включен в настоящее описание в части, где раскрывается способ
производства мембран. В результате проведенных операций получают мембранный слой, предпочтительная толщина которого составляет 30 мил (mils) (1 мил равен 0,001 дюйма). При необходимости толщина слоя может изменяться.
В соответствии со сказанным выше мембрана настоящего изобретения может быть охарактеризована, как многокомпонентная мембрана для разделения газов, включающая смесь пластификатора, предпочтительно полиэтиленгликоля, силиконового каучука и мелкозернистого твердого носителя пластификатора, причем такая смесь суспендирована в виде слоя однородной толщины на пористом носителе.
Твердый носитель для пластификатора может выбираться из группы, состоящей из оксида алюминия,
оксида кремния, цеолитов и активированного угля.
Газы, которые могут разделяться с помощью мембран настоящего изобретения, включают кислород
и азот. С использованием таких мембран можно осуществлять разделение легких олефинов и легких парафинов. Рассматриваемые мембраны могут использоваться для отделения азота от других газовых смесей, например для выделения азота или водорода из смесей газообразных углеводородов, содержащих
метан, этан и аналогичные легкие углеводороды, например, из потока природного газа. Рассматриваемые
мембраны могут использоваться для получения относительно чистого кислорода или азота, что может
оказаться полезным для нужд медицины или промышленности. Эти мембраны могут использоваться для
приготовления исходного потока для криогенного газоразделительного процесса получения азота и/или
кислорода или в комбинации с установкой абсорбции с изменяющимся давлением (PSA). Такие мембраны могут использоваться для подготовки сырья для PSA установки или для обработки эффлюента с PSA
установки с целью получения рециркулирующего потока.
Мембраны, полученные в соответствии с настоящим изобретением, также могут использоваться для
разделения полярных и неполярных газов. Поэтому также мембраны полезны для разделения газовых
смесей, содержащих сульфид водорода, диоксид углерода, оксид углерода, диоксид серы, аммиак, водород и другие газы. Эти мембраны могут найти применение в удалении загрязнителей или других веществ
из продуктов сгорания, например из дымового газа.
Мембрану, используемую в описанным ниже тесте, получали путем смешивания 16% силиконового
каучука, 79% циклогексана и 5% ПЭГ. Мембрану настоящего изобретения получали смешиванием 17%
силиконового каучука, 78% циклогексана и 5% активированного угля. Вторую мембрану настоящего
изобретения формировали из смеси, состоящей из 47% силиконового каучука, 41% циклогексана, 9%
активированного угля и 3% карбоната калия. Другую мембрану настоящего изобретения готовили из
смеси, содержащей 17% силиконового каучука, 76% циклогексана, 2% ПЭГ и 5% активированного угля.
Еще одну мембрану настоящего изобретения готовили из мембранной среды, содержащей примерно 17%
силиконового каучука, 76% циклогексана, 2% ПЭГ, 4% активированного угля и 1% карбоната калия.
В табл. 2 представлены результаты испытаний с использованием трех различных мембран указанного состава для разделения диоксида углерода и азота. Цифры в скобках получены расчетным путем из
данных цитированного US-A-4606740. Эти данные представлены исключительно в целях сравнения. Однако эти данные иллюстрируют преимущества от присутствия ПЭГ.
Таблица 2
Мембрана
РCO2/РN2
PCO2/d*106 cм3(STP)/cм2-c-см(Hg)
SIL-PS
11(11,4)
14,3 (61)
PEG/SIL МММ
42 (67)
4,89(13,6)
PEG/SIL Gly МММ
61 (100)
5,45 (13,2)
SIL-PS = силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон
PEG/SIL МММ = Полиэтиленгликоль/силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон
PEG/SIL Gly МММ = Полиэтиленгликоль/силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон, обработанный глицерином
-4-
006480
В табл. 3 представлены результаты дополнительных испытаний, демонстрирующие преимущества
от добавления в рецептуры активированного угля. Вторая и четвертая мембраны эквивалентны первой и
третьей, но содержат активированный уголь. Четвертая мембрана в следующей ниже таблице иллюстрирует отличные свойства, приобретенные в соответствии с настоящим изобретением. Как селективность,
так и проницаемость повышаются в результате добавления угля, причем еще большее улучшение этих
параметров достигается при совместном добавлении ПЭГ и активированного угля.
Таблица 3
Мембрана
РCO2/РN
PCO2/d*106 cм3(STP)/cм2-c-см(Hg)
SIL-PS
11
14,3
Act.C/SIL МММ
15
29,4
PEG/SIL МММ
42
4,9
PEG/Act.C/SIL МММ
47
24,2
Act.C/SIL МММ = Активированный уголь/силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон
PEG/Act.C/SIL МММ = Полиэтиленгликоль/активированный уголь/силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон
В табл. 4 представлены данные дополнительных испытаний по измерению разделительных свойств
мембран, причем последняя из тестируемых мембран в качестве добавки содержит карбонат калия. Как и
ранее, вторая и четвертая мембранные композиции дают одинаковые результаты, как первая и третья
композиции, несмотря на присутствие дополнительного мембранного компонента.
Таблица 4
Мембрана
РCO2/РN
PCO2/d*106 cм3(STP)/cм2-c-см(Hg)
Act.C/SIL МММ
15
29,4
K2CO3/Act.C/SIL МММ
20,1
16,2
PEG/Act.C/SIL МММ
34,6
26,2
PEG/K2CO3/Act.C/SIL МММ
40,5
14,3
K2СО3/Act.C/SIL МММ = K2СО3/aктивированный уголь/силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон
PEG/K2CO3/Act.C/SIL МММ = Полиэтиленгликоль/K2СО3/aктивированный уголь/силиконовый каучук, нанесенный на пористый полисульфон
Все данные испытаний получены при 20°С, если не указано особо.
Рассматриваемые мембраны могут использоваться в соответствующих условиях. Предпочтительные воплощения рассматриваемых мембран подвергали тестированию в условиях, способствующих разделению при температурах в интервале 20-100°С. Для прохождения газов через мембрану необходим
положительный перепад давления через мембрану. Предпочтительный перепад давления составляет более 172 кПА. Перепад давления через мембрану ограничен прочностью мембраны. Это отличается от
абсолютного рабочего давления мембраны, которое ограничено лишь прочностью оборудования, в котором находятся мембраны.
Мембраны настоящего изобретения могут использоваться вместо известных мембран в сепарационном оборудовании традиционной конструкции. Количество регенерированного пермеата пропорционально площади используемой мембраны, в связи с чем предпочтительно использовать такие конструкционные решения, которые обеспечивают наибольшую площадь поверхности, например закрученные в
спираль бухты труб или связки, содержащие большое число трубок (полое волокно) малого диаметра.
Пример 1.
В соответствии с настоящим изобретением для приготовления мембран со смешанной матрицей использовались следующие стадии.
Часть 1. Раствор силиконового каучука готовили смешиванием 1,08 г GE Silicones RTV-615A и 0,12
г GE Silicones RTV-615В в 10 г циклогексана.
Часть 2. Активированный уголь, пропитанный полиэтиленгликолем (ПЭГ), готовили путем добавления 0,12 г ПЭГ с молекулярной массой 400 к 0,24 г активированного угля (размер частиц 0,1-5 мкм,
поставляемого Calgon Carbon Co). Литейный раствор готовили примешиванием активированного угля,
импрегнированного ПЭГ, полученного выше в части 2, к раствору силиконового каучука из части 1. Литейный раствор дегазировали с помощью вакуумного насоса. Дегазированный раствор выливали на поверхность пористого полисульфона (PS). После нанесения покрытия мембране давали отвердевать в течение 60 мин при температуре 82°С. Эту мембрану маркировали индексом «А». Рассматриваемая мембрана представляет собой систему ПЭГ/активированный уголь/Sil/PS.
Пример 2.
Для иллюстрации преимуществ, касающихся факторов разделения и проницаемости, которые улучшаются при использовании мембраны со смешанной матрицей настоящего изобретения (см. пример 1), в
-5-
006480
отличие от других многокомпонентных мембран, готовили три многокомпонентные мембраны. Были
приготовлены следующие мембраны.
Мембрана "B"-Sil/PS, эту мембрану получали в соответствии с примером 1, но без пропитки активированного угля полиэтиленгликолем.
Мембрана "С" - Активированный уголь/Sil/PS, эту мембрану готовили в соответствии с примером 2,
добавляя 0,24 г активированного угля (размер частиц 0,1-5 мкм, выпускаемого Calgon Carbon Co.).
Мембрана "D" - A PEG/Sil/PS, эту мембрану готовили в соответствии с примером 2, добавляя 0,12 г
ПЭГ с молекулярной массой (MW) 400.
Пример 3.
После этого мембраны "А", "В", "С" и "D", полученные в соответствии с примерами 1 и 2, тестировали с использованием образца каждой из мембран диаметром 7,5 см. Образцы помещали в испытательное устройство. В качестве тестируемых газов в настоящем изобретении использовали диоксид углерода
и азот, которые пропускали через мембрану при давлении в интервале 345-517 кПА (50-75 фунт/дюйм2)
при окружающей температуре. Измеряли и рассчитывали поток и селективность для диоксида углерода и
азота. Полученные результаты представлены ниже в табл. 5.
Таблица 5
PCO2/d*106 cм3(STP)/cм2-c-см(Hg)
Мембрана
РCO2/РN2
"А"- ПЭГ/активированный уголь/Sil/PS
34,6
26,2
"В"- Sil/PS
11
14,3
"С"- Активированный уголь/Sil/PS
15
29,4
"D"- ПЭГ/Sil/PS
34,9
8,1
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления мембраны, включающий стадии смешивания полиэтиленгликоля с карбонатом калия, содержащим частицы адсорбента с получением первой смеси, смешивание силиконового каучука с растворителем с образованием второй смеси, смешивание первой и второй смесей с получением
третьей смеси, выливания третьей смеси на пористый носитель и сушки и отвердевания мембраны.
2. Способ по п.1, в котором частицы указанного адсорбента выбирают из группы, состоящей из частиц активированного угля, цеолитов, оксида алюминия, неорганических оксидов и оксида кремния.
3. Способ по п.2, в котором указанные частицы адсорбента представляют собой частицы активированного угля и в котором мембрана предпочтительно содержит 1-40% активированного угля.
4. Способ по пп.1, 2 и 3, в котором указанная мембрана дополнительно включает карбонат, выбранный из группы, состоящей из органических и неорганических карбонатов, предпочтительно карбонат
натрия и карбонат калия.
5. Способ по п.1, в котором указанный пористый носитель представляет собой полисульфон, полиэфирсульфон, полиимид и ацетат целлюлозы.
6. Многокомпонентная мембрана для разделения газов, включающая смесь из пластификатора, силиконового каучука и мелкозернистого твердого носителя для пластификатора, расположенную на пористом носителе.
7. Мембрана по п.6, в котором твердый носитель пластификатора выбирают из группы, состоящей
из оксида алюминия, оксида кремния, цеолитов и активированного угля, а указанный пластификатор выбирают из группы, состоящей из полиэтиленгликоля, тетраэтиленгликоля, пропиленгликоля и полипропиленгликоля.
8. Мембрана по п.6, в котором мембрана дополнительно включает карбонат, выбранный из группы,
состоящей, по меньшей мере, из одного неорганического карбоната, органического карбоната и их смесей.
9. Многокомпонентная мембрана для разделения газов по п.6, в котором указанная мембрана включает смесь из полиэтиленгликоля, силиконового каучука и активированного угля на пористом носителе.
10. Способ разделения газовой смеси, заключающийся в контактировании находящейся под давлением газовой смеси с мембраной по п.9 в условиях, способствующих разделению.
-6-
006480
Схема разделения газов с использованием мембраны со смешанной матрицей
Фиг. 1
Мембрана со смешанной матрицей (МММ) из твердого вещества-жидкости-полимера
Фиг. 2
Получение ПЭГ-К2СО3/активир. уголь-SIL МММ
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-7-