一种煤沥青基炭分子筛复合膜及其制备方法

本发明属于气体分离，具体涉及一种煤沥青基炭分子筛复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、目前，炭分子筛膜的研究主要分为支撑型和自支撑型两大类。其中，支撑型炭分子筛复合膜通常通过将前驱体材料涂覆于多孔支撑体表面，再经惰性气氛热解碳化而制得，兼具良好的机械强度和优异的循环使用稳定性，是目前最具工业化应用潜力的炭分子筛膜类型。然而，现阶段广泛采用的前驱体材料多为合成高分子聚合物（如聚酰亚胺、酚醛树脂等），普遍存在成本高、原料来源受限等问题，制约了炭分子筛膜的规模化推广应用。

2、煤沥青作为一种煤化工产物，其组成极为复杂，是由数百种芳烃化合物构成的混合物，且含有大量灰分、喹啉不溶物（qi）等无机与有机杂质；与此同时，煤沥青价格低廉，热解残炭率高，相比上述合成高分子前驱体具有突出的成本优势和规模化潜力，是极具开发前景的炭分子筛膜前驱体。然而，煤沥青自身的固有缺陷使其无法直接套用现有合成高分子材料的制膜工艺：煤沥青组分复杂、杂质含量高，若仅以溶剂溶解后直接涂覆，杂质及不溶组分会导致膜层缺陷，无法制备具有分子筛分性能的炭膜；此外，煤沥青属于热塑性材料，在直接升温炭化过程中会发生熔融流动，破坏膜层形貌，难以形成连续均匀的分离层。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种煤沥青基炭分子筛复合膜及其制备方法，以解决现有技术中采用煤沥青为前驱体材料制备支撑型炭分子筛复合膜时导致的膜层缺陷、难以形成连续均匀的分离层的技术问题。

2、本申请解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，包括：

4、s10.制备煤沥青浸涂溶液：将中温煤沥青固体溶解在有机溶剂中，过滤去除杂质，然后通过旋转蒸发调控其粘度为350～550mpa·s，得到煤沥青浸涂溶液；

5、s20.制备煤沥青复合膜：将多孔陶瓷管置于所述煤沥青浸涂溶液中，浸渍指定时间，以一定速率提拉所述多孔陶瓷管以取出，然后干燥涂敷所述煤沥青浸涂溶液的所述多孔陶瓷管，得到煤沥青复合膜；

6、s30.预氧化：将干燥后的所述煤沥青复合膜在250～300℃下进行预氧化处理，得到预氧化的煤沥青复合膜；

7、s40.热解炭化：将所述预氧化的煤沥青复合膜在400～650℃下进行热解炭化，得到煤沥青基炭分子筛复合膜。

8、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，步骤s10中，所述有机溶剂包括四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、氮,氮-二甲基乙酰胺中的任意一种。

9、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，步骤s10中，所述煤沥青浸涂溶液的粘度为450mpa·s。

10、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，步骤s20中，所述将多孔陶瓷管置于所述煤沥青浸涂溶液中，浸渍指定时间，以一定速率提拉所述多孔陶瓷管以取出具体为：将所述多孔陶瓷管末端密封包裹，保持竖直，缓缓浸入所述煤沥青浸涂溶液中，浸渍30～90s，然后以0.5～2cm/min的速率提拉上升以取出所述多孔陶瓷管。

11、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，步骤s20中，所述干燥为梯度干燥，具体为：在50～70℃的温度中干燥6～10h后升温至160至200℃，再干燥18～24h。

12、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，步骤s30中，所述预氧化处理的条件为：以2～5℃/min的速率升温至250～300℃，保温时间100～150min。

13、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，步骤s40中，所述热解炭化的温度为600℃，

14、优选地，上述煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法步骤s40中，所述热解炭化的条件为：以2～5℃/min的速率升温至600℃，保温0.5～2h，整个热解炭化过程中n2流速为200～500ml/min。

15、一种煤沥青基炭分子筛复合膜，采用如上述的制备方法制得。

16、本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

17、本申请公开了一种煤沥青基炭分子筛复合膜（以下简称炭分子筛膜）的制备方法，将中温煤沥青固体溶解在有机溶剂中，过滤去除杂质，然后通过旋转蒸发调控煤沥青浸涂溶液粘度为350～550mpa·s；将多孔陶瓷管置于煤沥青浸涂溶液中，浸渍指定时间，以一定速率提拉多孔陶瓷管，然后干燥涂敷煤沥青溶液的多孔陶瓷管，将干燥后的煤沥青复合膜在250～300℃下进行预氧化处理，然后在400～650℃下进行热解炭化，得到煤沥青基炭分子筛复合膜。通过调控煤沥青浸涂溶液粘度为350～550mpa·s、炭化温度400～650℃，制得的膜表面形态优良，气体分离性能优良。

18、本申请的煤沥青基炭分子筛复合膜，煤沥青浸涂溶液在多孔陶瓷管的表面分布均匀，炭分子筛膜的形貌良好，具有优秀的气体分离性能，在气体分离领域具有广阔的应用前景。

1.一种煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s10中，所述有机溶剂包括四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、氮,氮-二甲基乙酰胺中的任意一种。

3.如权利要求1所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s10中，所述煤沥青浸涂溶液的粘度为450mpa·s。

4.如权利要求1所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s20中，所述将多孔陶瓷管置于所述煤沥青浸涂溶液中，浸渍指定时间，以一定速率提拉所述多孔陶瓷管以取出具体为：将所述多孔陶瓷管末端密封包裹，保持竖直，缓缓浸入所述煤沥青浸涂溶液中，浸渍30～90s，然后以0.5～2cm/min的速率提拉上升以取出所述多孔陶瓷管。

5.如权利要求1所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s20中，所述干燥为梯度干燥，具体为：在50～70℃的温度中干燥6～10h后升温至160至200℃，再干燥18～24h。

6.如权利要求1所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s30中，所述预氧化处理的条件为：以2～5℃/min的速率升温至250～300℃，保温时间100～150min。

7.如权利要求1所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s40中，所述热解炭化的温度为600℃。

8.如权利要求7所述的煤沥青基炭分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤s40中，所述热解炭化的条件为：以2～5℃/min的速率升温至600℃，保温0.5～2h，整个热解炭化过程中n2流速为200～500ml/min。

9.一种煤沥青基炭分子筛复合膜，其特征在于，采用权利要求1至8中任意一项所述的制备方法制得。