[发明专利]一种卷式炭膜及其制备方法

权利要求书

1.一种卷式炭膜，其特征在于：卷式炭膜由可卷曲的基膜、过渡层及分离层构成，它们是有机的结合在一起；基膜由多孔支撑体和充满其表面、孔隙、缝隙中含有填充物的炭材料组成，具有发达的孔隙结构和很高的机械强度及韧性；过渡层是一层中间层，由含有填充物的炭材料组成；分离层是一层很薄的膜，由纯炭材料或含有填充物的炭材料组成，

所述的多孔支撑体是由尼龙过滤网、炭布、炭纸、炭毡、不锈钢网、铝网、镍网、铜网或铁网构成；

所述的炭材料是由前驱体聚合物经高温炭化制成；填充物是由无机纳米粒子、无机盐、金属颗粒、生物质、有机添加剂其中的一种或它们的混合物所组成；

所述的前驱体聚合物为聚酰胺酸；

所述的填充物无机纳米粒子为沸石分子筛、多孔炭、ZnO、NiO、Fe₂O₃、FeO其中的一种；

所述的填充物金属颗粒为Fe；

所述的填充物无机盐为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钙其中的一种；

所述的填充物生物质为木屑、木质素、稻壳、果壳或秸杆其中的一种；

所述的填充物有机添加剂为聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、ABS或聚乙烯醇其中的一种，

所述卷式炭膜由基于以下步骤的制备方法得到：

a、在聚酰胺酸中加入一种或多种的上述的填充物，采用共混、溶胶-凝胶或原位合成的方法将它们均匀混合、分散或溶解到溶剂中制成制膜液；填充物的质量含量通常控制在质量百分比10％～50％；采用超声波分散或高速搅拌的方法 进行分散，超声波分散时间为1h～2h，高速搅拌时间为1h～5h；

b、采用刮膜、浸渍、刷涂或挤压的制膜方式，将上述制膜液填充到支撑体的孔隙或缝隙中制成可卷曲的平板复合膜，经溶剂蒸发、干燥制备出卷式炭膜前驱体膜；溶剂蒸发、干燥温度为80℃～120℃，时间为1h～3h；

c、将上述制成的前驱体膜直接放入炭化炉中进行炭化，或先预氧化后再放入炭化炉中进行炭化，或直接放入炭化炉中先预氧化后再炭化；制备出卷式炭膜的基膜，炭化工艺条件：升温速率为0.2℃～10℃/min，炭化终温为500℃～1000℃，恒温或停留时间为1h～5h，保护气体为氩气或氮气；

d、过渡层采用a-c相同的步骤进行制备；

e、将聚酰胺酸配制成溶液或加入一种或多种上述填充物后配制成混合溶液作为涂膜液，填充物的质量含量通常控制在质量百分比10％～30％；采用浸渍、喷涂、超声沉积或原位沉积的方法将涂膜液均匀涂覆在卷式炭膜的过渡层上制成分离层，经溶剂蒸发、干燥、炭化或预氧化处理后炭化制备出卷式复合炭膜；溶剂蒸发、干燥温度为80℃～120℃，时间为1h～3h；炭化工艺条件：升温速率为0.2℃～5℃/min，炭化终温为500℃～800℃，恒温或停留时间为2h～5h，保护气体为氩气或氮气。

2.根据权利要求1所述的卷式炭膜，其特征在于：沸石分子筛为β型、Y型、T型、SBA-15、MCM-41或MCM-48其中的一种；多孔炭为CMK-3、碳纳米管、多孔石墨或活性炭其中的一种。