[发明专利]一种基于酚醛树脂基碳管为支撑体的复合分子筛碳膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于酚醛树脂基碳管为支撑体的复合分子筛碳膜，包括碳管支撑体和碳膜分离层，碳膜分离层附着在碳管支撑体的外表面或内表面上；

其中，所述碳管支撑体为含碳的多孔管状结构，平均孔径为0.1~0.4μm；孔隙率为30~60%；

所述碳膜分离层的碳膜平均孔径小于10nm；孔隙率为20~40%；

所述复合分子筛碳膜通过将碳管支撑体前驱体与分离层前驱体进行固化、碳化而得，所述碳管支撑体前驱体通过将热塑性酚醛树脂与六次甲基四胺混合、预固化，其中热塑性酚醛树脂与六次甲基四胺的质量比为10:1~100:1；将得到的酚醛树脂预固化产物粉碎后与包括粘结剂、水和六次甲基四胺在内的组分混合、成型而得；分离层前驱体通过将包括热塑性酚醛树脂、六次甲基四胺、聚偏氟乙烯和溶剂的聚合物涂膜液涂覆于碳管支撑体前驱体上干燥而得。

2.根据权利要求1所述的复合分子筛碳膜，其特征在于：

所述碳膜分离层的碳膜平均孔径为0.5~2nm；孔隙率为25~40%。

3.根据权利要求1所述的复合分子筛碳膜，其特征在于：

所述碳管支撑体的内径为4~16mm；管壁厚度为1~6mm。

4.根据权利要求3所述的复合分子筛碳膜，其特征在于：

所述碳管支撑体的内径为8~10mm；管壁厚度为1~2mm。

5.根据权利要求1所述的复合分子筛碳膜，其特征在于：

所述碳膜分离层的厚度为2~50μm。

6.根据权利要求5所述的复合分子筛碳膜，其特征在于：

所述碳膜分离层的厚度为3~45μm。

7.一种根据权利要求1~6之任一项所述的复合分子筛碳膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将热塑性酚醛树脂与六次甲基四胺混合、预固化，将得到的酚醛树脂预固化产物粉碎后与包括粘结剂、水和六次甲基四胺在内的组分混合、成型后得到碳管支撑体前驱体；

（2）将包括热塑性酚醛树脂、六次甲基四胺、聚偏氟乙烯在内的组分和溶剂制备得到聚合物涂膜液，其中，热塑性酚醛树脂与聚偏氟乙烯的质量比为1:1~10:1；

（3）将所述聚合物涂膜液涂覆于碳管支撑体前驱体上，干燥后形成分离层前驱体；

（4）将所述碳管支撑体前驱体与分离层前驱体进行固化、碳化处理。

8.根据权利要求7所述的复合分子筛碳膜的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中，热塑性酚醛树脂与六次甲基四胺的质量比为10:1~30:1；和/或，

步骤（1）中，以酚醛树脂预固化产物、粘结剂、水和六次甲基四胺的总重量为计，酚醛树脂预固化产物为30~90%、粘结剂为1~15%、水为5~50%、六次甲基四胺为0.01~5%。

9.根据权利要求8所述的复合分子筛碳膜的制备方法，其特征在于：

所述预固化中的热塑性酚醛树脂与六次甲基四胺的质量比小于所述酚醛树脂预固化产物与六次甲基四胺的质量比。

10.根据权利要求7所述的复合分子筛碳膜的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中，所述粘结剂选自焦油、淀粉、聚乙烯醇、甲基纤维素中的至少一种。

11.根据权利要求7所述的复合分子筛碳膜的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中，预固化条件为：温度100~150℃，时间30~120min，在空气中预固化。

12.根据权利要求7所述的复合分子筛碳膜的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中，热塑性酚醛树脂的粒径为60μm以下；酚醛树脂预固化产物的粒径为50μm以下。