[发明专利]制造用于气体分离和液体分离的PBI中空纤维不对称膜的方法

权利要求书

1.一种用于制备不对称中空纤维的方法，所述方法包括：

(a)使聚合溶液经过孔中插管型喷丝头的外部环状孔，所述聚合溶液包含：(i)15至25wt%的聚苯并咪唑；(ii)1至5wt%的聚合的成孔材料；和(iii)针对所述聚苯并咪唑的溶剂；

(b)使孔流体经过所述喷丝头的内部管，所述孔流体包含：(i)65至99wt%的针对所述聚苯并咪唑的非溶剂；和(ii)1至35wt%的针对所述聚苯并咪唑的溶剂，其中所述孔流体使所述聚合溶液维持环形；

(c)通过缝隙滴落所述聚合溶液和孔流体，其中所述缝隙包含气氛和0.3至20cm的滴落距离；

(d)使所述聚合溶液和孔流体在浴中骤冷以形成具有环形并且包含第一同心层和第二同心层的不对称中空纤维，其中所述第一层接触所述第二层并且为无孔的，并且其中所述第二层具有孔径在5至250nm范围内的孔。

2.根据权利要求1所述的方法：

(a)包含以1至100米/分钟的速率将所述纤维卷成纤维束以形成中空纤维膜；

(b)其中所述聚合溶液在15至25℃的温度范围内对化学降解稳定至少6个月；

(c)包含纺丝后洗涤和拉所述纤维；

(d)其中所述聚苯并咪唑为磺化的聚苯并咪唑；或

(e)包含(a)、(b)、(c)和(d)的任何组合或亚组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层形成外表面并且所述第二层形成所述不对称中空纤维的内表面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层形成内表面并且所述第二层形成所述不对称中空纤维的外表面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层的厚度在0.1至10μm范围内，并且其中所述第二层的厚度在10至500μm范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层的化学组成和所述第二层的化学组成是相同的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述孔中插管型喷丝头的所述外部环状孔的外径在100至2000μm范围内。

8.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述滴落距离的长度和通过所述溶剂和非溶剂的相对极性来控制所述第一层和第二层的厚度，并且其中所述聚苯并咪唑为磺化的聚苯并咪唑。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层的厚度在0.1至10μm范围内，并且其中所述第二层的厚度在10至500μm范围内，并且其中所述聚合物沉淀在滴落期间部分硬化并且在骤冷期间完全硬化。

10.一种不对称中空纤维，其包含形成所述纤维的壁的第一同心层和第二同心层，其中：

所述不对称中空纤维包含聚苯并咪唑材料；

所述第一层为无孔的并且所述第二层具有孔径在5至250nm范围内的孔；和

所述不对称中空纤维的外径在100至2000μm范围内。

11.根据权利要求10所述的不对称中空纤维，其中：

(a)所述聚苯并咪唑为磺化的聚苯并咪唑；或

(b)所述不对称中空纤维在高达400℃下对化学降解稳定；或

(c)所述第一层的厚度在0.1至10μm范围内，并且其中所述第二层的厚度在10至500μm范围内。

12.根据权利要求10所述的不对称中空纤维，其中所述第一层形成外表面并且所述第二层形成所述不对称中空纤维的内表面。

13.一种膜，其包含权利要求10的所述不对称中空纤维。

14.一种用于从包含H2、CO2、CO和甲烷的气体混合物中分离H2的方法，所述方法包括使所述气体混合物经过权利要求13所述的膜。

15.一种用于从水溶液中移除杂质的方法，所述方法包括使所述水溶液经过权利要求13所述的膜。