[发明专利]聚合物中空纤维上的介孔二氧化硅膜

权利要求书

1.一种气体分离装置，其包含：

包含聚合物中空纤维的多孔载体结构；和

置于多孔载体结构上的无机介孔膜，其中无机介孔膜是均一和无缺陷的，并且其中无机介孔膜包含与多孔载体结构互联的互联三维孔的网络。

2.权利要求1所述的气体分离装置，其中无机介孔膜包含介孔Mobil Composition Matter(MCM)。

3.权利要求2所述的气体分离装置，其中介孔MCM是基于二氧化硅的。

4.权利要求3所述的气体分离装置，其中介孔MCM包含MCM-48。

5.权利要求4所述的气体分离装置，其中孔直径范围为从1nm到5nm。

6.权利要求5所述的气体分离装置，其中孔直径范围为从2nm到4nm。

7.权利要求6所述的气体分离装置，其中孔直径为约3nm。

8.权利要求1所述的气体分离装置，其中无机材料包含复合介孔材料，所述复合介孔材料包含介孔MCM和具有包含氨基、季铵基、硫醇基、羧基、氰基、酰胺基和羰基的官能团的分子。

9.权利要求8所述的气体分离装置，其中季铵是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。

10.权利要求8所述的气体分离装置，其中介孔MCM包含MCM-48。

11.权利要求8所述的气体分离装置，其中介孔MCM包含具有三维孔网络的介孔结构，并且季铵被置于介孔MCM的孔中。

12.权利要求1所述的装置，其中介孔膜的气体渗透率比聚合物中空纤维的气体渗透率高得多。

13.一种制备分离装置的方法，所述装置具有多孔载体结构和置于多孔载体结构上的无机介孔膜，其中多孔载体结构包含聚合物中空纤维，无机介孔膜包含基于二氧化硅的材料并且是均一的且无缺陷的，并且包含与多孔载体结构互联的互联三维孔的网络，所述方法包含：

a)制备涂覆溶液，其中所述涂覆溶液包含二氧化硅源、季铵表面活性剂、和酸性水的混合物；

b)提供聚合物中空纤维；

c)将至少一部分聚合物中空纤维浸泡到涂覆溶液中，由此在聚合物中空纤维上形成湿的介孔二氧化硅膜；

d)漂洗和干燥聚合物中空纤维上的湿介孔二氧化硅膜，由此在聚合物中空纤维上形成干燥的介孔二氧化硅膜；

e)通过暴露到二氧化硅蒸气源老化干燥的介孔二氧化硅膜；

f)通过使用合适的溶剂处理从介孔涂层中提取表面活性剂；和

g)使聚倍半硅氧烷(POSS^TM)分子渗入介孔中以赋予对CO₂的选择性。

14.权利要求13所述的方法，其中季铵表面活性剂包含CTAB，并且其中涂覆溶液包含1.0R:a CTAB:b H₂O，其中R是二氧化硅源，a是0.1到1，和b是20到200。

15.权利要求13所述的方法，其中所述制备包含向溶液中添加酸物质以便制备的溶液的pH值基本上为0到4之间。

16.权利要求13所述方法，其中浸泡包含将聚合物中空纤维浸泡到涂覆溶液中10分钟到24小时。

17.权利要求13所述的方法，其中老化包含在基本上在50℃到150℃之间的温度下老化干燥的介孔二氧化硅膜。

18.权利要求13所述的方法，其中老化包含老化干燥的介孔二氧化硅膜1小时到48小时。

19.权利要求13所述的方法，其中老化包含将干燥的介孔二氧化硅膜暴露至饱和烷氧基硅烷蒸气。

20.权利要求13所述的方法，其中涂覆溶液还包含CTAB，并且所述方法还包含：

使用提取溶剂从老化的介孔二氧化硅膜提取CTAB；和

漂洗并干燥基本上无CTAB的介孔二氧化硅膜。

21.权利要求20所述的方法，其中提取溶剂包含水或醇或其混合物。

22.权利要求20所述的方法，其中提取包含使老化的介孔二氧化硅膜与提取溶液接触1小时到72小时。