[发明专利]一种结构炭膜及其制备方法

权利要求书

1.一种结构炭膜，其特征在于，该结构炭膜包括多孔载体、炭膜主体和填充在炭膜主体中的功能材料三部分，其中：

多孔载体为管状或平板状的多孔材料，其平均孔径为0.1~0.5μm，孔隙率35~75%，多孔载体层具有满足炭膜要求的机械强度，机械强度指标范围为：拉伸强度大于150MPa；炭膜主体呈现纳米级的微孔结构，具有对分子的筛分功能；功能材料均匀地分散在炭膜主体中，功能材料调控炭膜微孔尺寸，维持炭膜性能稳定；

炭膜主体的微孔孔径小于1.0nm，孔隙率大于40%；

功能材料为纳米级尺寸的有机微球材料：聚乙烯微球、聚丙烯微球、聚苯乙烯微球或聚偏氟乙烯微球，其尺寸为0.1~0.5μm，炭膜主体与功能材料的质量比为10:1~100:1；

维持性能稳定是指炭膜在高温条件下的性能稳定，温度范围为300~600摄氏度，性能包括炭膜的气体渗透通量和气体分离选择性；

炭膜主体渗入多孔载体内，并且炭膜主体在多孔载体表面的厚度为2~4μm，炭膜主体的微孔孔径均匀，具有满足炭膜要求的小分子气体渗透通量，小分子气体为氢气、氧气、甲烷、乙烷或二氧化碳；

所述的结构炭膜的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)多孔载体预处理

利用不同型号砂纸对多孔载体表面进行打磨处理，然后分别用稀硝酸和去离子水进一步处理载体，干燥、备用；

(2)配制成膜溶液

配制高碳含量的树脂溶液，加入功能材料，搅拌使之混合均匀获得成膜溶液；

(3)涂覆、碳化成膜

将步骤(1)处理过的多孔载体在步骤(2)成膜溶液中浸渍后烘干，进而在惰性气体保护下，碳化处理，即获得结构炭膜前驱体；

(4)炭膜活化处理

将步骤(3)所得结构炭膜前驱体在高锰酸钾水溶液中处理，然后用去离子水超声洗涤干净，最后获得结构炭膜；

高碳含量的树脂为酚醛树脂或糠醛树脂，树脂溶液的质量浓度范围为20~60%。

2.根据权利要求1所述的结构炭膜，其特征在于，稀硝酸是指浓度为5~45wt%的硝酸水溶液，稀硝酸的处理温度为25~50摄氏度。

3.根据权利要求1所述的结构炭膜，其特征在于，碳化温度为500~1200摄氏度，碳化时间为1~10小时。

4.根据权利要求1所述的结构炭膜，其特征在于，高锰酸钾水溶液的浓度为2~15wt%。