[发明专利]用带有离聚物基的全氟化聚合物膜分离气体的方法

说明书

本发明是关于应用膜从含氦、氧、氮或二氧化碳的气体混合物中分离出上述各种气体的新方法，这种膜是含有离聚物成份的全氟化聚合物。

近年来，人们越来越希望从气体混合物中分离出各种成份。这种分离之一就是从氮气中分离氧，在某些情况下，例如，为了强化某种材料的燃烧，人们希望使用富氧，而在另外一些情况下，例如，在水果和食品贮藏及运输中，人们希望得到一种含有微量氧的氮气。另一种分离是从天然气中分离氦。另外要求从含有二氧化碳的气流中分离二氧化碳，其中包括从天然气中分离出二氧化碳。人们也希望从天然气中或含有甲烷的轻质烃中分离出氮气。

用于这种分离的方法之一就是将膜同气体混合物相接触，这种膜能选择性渗透气体混合物成份中的一种。所说的选择性地由膜渗透某种气体指的是该气体比其它成份的气体通过膜的速率快，在膜的另一侧收集到选择性渗透的某种气体，应用该方法能够得到某种程度的分离气体。

人们需要发现一种膜能提供高的渗透性，用于选择性的渗透某种气体，同时选择性的渗透气体同非选择性的渗透气体相比较有高的渗透率，而且这种膜要有好的机械强度。

本发明是从含有氧、氦、氮、轻质烃或二氧化碳等气体混合物中分离氧、氦、氮或二氧化碳的方法，其特征是：

A、使一种包含全氟化物骨架和带有碱金属、碱土金属或过渡金属元素的阳离子离聚物基的聚合物制备薄的非多孔的膜在一定条件下同气体混合物相接触，所说的氧、氮、氦、或二氧化碳气体有选择性地渗透并穿过膜到达膜的另一侧。

B、从膜的另一侧除去渗透的氧、氦、氮或二氧化碳。

本发明采用的膜实验证明具有好的选择性，氧的选择性比氮好，氦、二氧化碳、氮各自的选择性均比轻质烃好，而且，氧，氦和二氧化碳穿过膜的渗透性均是很好的。

本发明采用的膜是用某种聚合物制备的，这种聚合物包含全氟化的骨架和带有离聚物基，离聚物基键合有碱金属，碱土金属或过渡金属阳离子。优选的离聚物基是键合了碱金属、碱土金属、或过渡金属的阳离子的-CO₂-或-SO₃-。本发明优选制备膜的聚合物单体如F式：

式中：R¹分别是氟或C_1-10全氟烷基;

R²分别是氟或C_1-10全氟烷基;

Y是

R³分别是氢、氟、C_1-10烷基，C_1-10氟代烷基，

或C_1-10全氟烷基。

M是碱金属、碱土金属或过渡金属。

Z是从0～6的整数;

m是5～15的正实数;

p是0～16的整数;

q是1～16的整数;

在上述的式子中，R¹优选的是氟或C_1-3全氟代烃，较优选的是氟或三氟甲基，最好是氟。R²优选的是氟或C_1-3全氟代烃，较优选的是氟或三氟甲基，最好的是氟。R³优选的是氢或是C_1-10烷基，最好是氢。M优选的是碱金属、铜或镍，最好是钠、钾或铜。Y优选的是-SO₃-或-CO₂-;最好是-SO₃-。优选Z是0～2。优选q在1～6之间，最好q是2～4之间。优选的m是在5～10之间，优选的p是在0～6之间，最好P是在0～2之间。

本发明的方法中采用的聚合物具有承受应用条件的足够的机械强度。所说的应用条件是在进行这种分离时的温度、压力、流速等。聚合物优选的当量为500～2000之间，较优选的当量是700～1500之间，最好当量在800～1200之间。

本发明采用的聚合物能够由式为：

的单体与式为：

的单体聚合，得到上文式所定义的聚合物，其中R⁴是氢、氟或C_1-10烷基，X是：

-SO₃-，-CO₂-，-SO₂-或