[发明专利]使用环氧官能硅氧烷制备气体选择性膜的方法

说明书

优先权要求

本专利申请要求2011年4月8日提交的名称为“METHOD OF PREPARING GAS SELECTIVE MEMBRANE USING EPOXY-FUNCTIONAL SILOXANES（使用环氧官能硅氧烷制备气体选择性膜的方法）”的美国专利申请序列号61/473,193的优先权，该专利申请以引用方式全文并入本文中。

背景技术

人造膜可用于进行小规模和大规模的分离，这使其在多种情况下非常有用。例如，可将膜用于纯化水，在透析期间净化血液，以及分离气体。在膜分离中所用的一些共同驱动力为压力梯度和浓度梯度。膜可由例如聚合结构制成，并且可具有多种表面化学成分、结构和制备方法。膜可通过硬化或固化组合物而制成。

使用膜来分离气体是可用于许多工业工序中的重要技术。例子可包括氨合成中氢气的回收、石油炼制中氢的回收、沼气合成中甲烷与其他组分的分离、出于医学或其他目的使空气富含氧、从天然气移除水蒸汽、从天然气移除二氧化碳（CO₂）和硫化氢（H₂S）以及碳捕集应用如从燃烧过程生成的烟气流移除CO₂。

发明内容

本发明涉及一种膜，其包含环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。本发明还涉及一种分离进气混合物中的气体组分的方法。本发明的膜可有利地对气体混合物中的一种或多种特定组分表现出高的渗透性或选择性。例如，与通过氢化硅烷化固化的聚二甲基硅氧烷膜相比，本发明的膜可表现出高的CO₂/N₂选择性，同时保持高的渗透性。

本发明提供一种膜。所述膜包含反应产物。所述反应产物为环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。

本发明提供一种分离进气混合物中的气体组分的方法。所述方法包括使膜的第一侧与进气混合物接触。进气混合物包含第一气体组分和第二气体组分。所述接触在膜的第二侧上产生渗透物气体混合物。所述接触还在膜的第一侧上产生渗余物气体混合物。渗透物气体混合物富含第一气体组分。渗余物气体混合物贫乏第一气体组分。所述膜包含反应产物。所述反应产物为环氧官能有机聚硅氧烷与氨基固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述氨基官能固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。

在另一个实施例中，本发明提供一种膜。所述膜包含反应产物。所述反应产物为环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。所述环氧官能有机聚硅氧烷可由以下平均硅氧烷单元式表示：

(R¹R²R³SiO_1/2)_a(R⁴R⁵SiO_2/2)_b(R⁶SiO_3/2)_c(SiO_4/2)_d   (I)

其中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶为独立地选自任何任选进一步取代的有机基团C_1-15有机基团，0≤a<0.95，0≤b<1，0≤c<1，0≤d<0.95，a+b+c+d=1，并且所述环氧官能有机聚硅氧烷具有至少约300的数均分子量。所述氨基官能固化剂包括聚氧化烯胺。所述反应产物通过加热所述环氧官能有机聚硅氧烷和所述氨基官能固化剂而形成。所述膜具有至少约10的CO₂/N₂选择性。所述膜具有至少约900巴勒（Barrer）的CO₂渗透系数。所述膜具有约0.1μm至约200μm的厚度。