專利名稱：用聚偏氟乙烯滲透汽化膜分離乙醇水溶液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用聚偏氟乙烯滲透汽化膜優(yōu)先透過乙醇，分離乙醇質(zhì)量濃度為0.1％～20％的乙醇稀水溶液。
滲透汽化法是近二十多年迅速發(fā)展起來的一種新的液體混合物分離技術(shù)。它是利用液體混合物中各組分在膜中的溶解度與擴(kuò)散系數(shù)的差別，優(yōu)先透過組分在蒸汽壓差和濃度梯度的驅(qū)動下，通過溶解、擴(kuò)散、蒸發(fā)、解吸過程透過膜，最后透過的蒸汽被冷凝收集，從而使液體混合物得到分離。
目前乙醇稀水溶液的分離濃縮主要采用蒸餾、萃取、吸附、超濾、反滲透等方法，與上述方法相比，滲透汽化膜分離法具有一次性分離程度高、過程簡單、能耗低、無污染等特點(diǎn)，由于其分離過程不受汽液平衡的限制，特別適宜于有機(jī)物水溶液恒沸與近沸體系的分離，已引起人們的普遍重視。八十年代以來，各國學(xué)者，特別是R.Y.M.Huang(R.H.M.Huang，Pervaporation membrane separation processes.Elsevier，Amsterdam，1991)于義松，李文俊(于義松，李文俊，于同隱，殼聚糖對醇-水混合液的分離，膜科學(xué)與技術(shù)，1990，Vol.10，60-65)等對優(yōu)先透過水的滲透汽化膜進(jìn)行了廣泛的研究和探討，目前在高濃度乙醇/水脫水領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，然而，對有機(jī)溶質(zhì)優(yōu)先透過膜的研究，國內(nèi)處于起步狀態(tài)，尤其是乙醇稀水溶液的分離方面，目前尚未有應(yīng)用聚偏氟乙烯滲透汽化膜分離乙醇稀水溶液的報道。
本發(fā)明的目的是采用特定的結(jié)構(gòu)和分子量的高聚物——聚偏氟乙烯為基材，按設(shè)定的工藝條件制成乙醇優(yōu)透過的滲透汽化膜，對0.1％～20％的乙醇稀水溶液進(jìn)行分離。本發(fā)明的內(nèi)容是以聚偏氟乙烯為膜材料，用相轉(zhuǎn)化法制備出滲透汽化膜，利用滲透汽化分離裝置，使乙醇/水混合液中的乙醇優(yōu)先滲透過膜，從而乙醇和水得到分離。本發(fā)明的具體內(nèi)容包括以下二個方面1．聚偏氟乙烯膜的制備將平均分子量為2-55萬的聚偏氟乙烯溶解在二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶液中，丙酮與二甲基乙酰胺的配比為0～3，配制成聚合物含量為5％-30％的高聚物溶液，高聚物溶液置于40-55℃的水浴中加熱并攪拌，室溫下澆鑄在表面光滑的支撐體上，如在玻璃板，金屬板，無紡布(聚酯或尼龍等)上，流延成膜，澆鑄后室溫下水平放置，待溶劑蒸發(fā)，再以萃取劑浸泡，脫除剩余溶劑，室溫干燥。膜的厚度還可以用改變制膜液的聚合物濃度的方式來調(diào)整，使干燥后膜的厚度在30-85μm的范圍內(nèi)。2．乙醇滲透汽化分離的操作將上述1中所制備的膜裝入滲透汽化裝置滲透池中，乙醇溶液進(jìn)料液濃度為0.1～20％，操作溫度控制在10℃～70℃，透過側(cè)壓力0～6mmHg。本發(fā)明所提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)
1．滲透汽化法不受液體滲透壓的束縛，其滲透流束和分離系數(shù)幾乎為進(jìn)料液側(cè)壓力無窮大時反滲透的滲透流束和分離系數(shù)，且滲透汽化法通常使混合液中含量少的組分透過膜從溶液中得到分離，而反滲透和超濾使大量的水透過膜而少量有機(jī)物留下來，這樣在動力消耗上，滲透汽化法顯然比反滲透和超濾要節(jié)省。
2．聚偏氟乙烯膜材料價格相對低廉，易于成膜，對乙醇有較高的選擇性，其化學(xué)性能穩(wěn)定，耐熱性能好，抗污染，疏水性強(qiáng)，長期使用后，其分離性能可保持穩(wěn)定。
3．膜的制備方法簡單，易于掌握。如采用熔融-擠壓法由熔體制備膜或在聚合期間成膜，制備工藝復(fù)雜。由于聚偏氟乙烯可溶于二甲基乙酰胺而形成均勻的高聚物溶液，可采用相轉(zhuǎn)化法制備膜。
4．操作條件易于控制。本方法可在常溫下進(jìn)行操作，進(jìn)料側(cè)壓力為常壓。
5．無污染。如采用吸附的方法處理乙醇稀水溶液，吸附劑的回收、處理卻難以解決；蒸餾、萃取均會造成二次污染，而本方法在整個過程中不產(chǎn)生污染源，為無污染過程。
實(shí)施例一稱取10克平均分子量為2萬的聚偏氟乙烯粉末，另取30克二甲基乙酰胺和40克丙酮，混合，攪拌，50℃水浴加熱，充分溶解，靜置脫泡后，在光滑的玻璃板上流延成膜，室溫下水平放置讓溶劑揮發(fā)3小時，25℃萃取劑中浸泡以脫除剩余的溶劑，起膜，室溫干燥，得到厚度為50μm的膜。將制成的膜裝滲透汽化裝置的滲透池中，料液瓶中加入4升0.1％的乙醇水溶液，加熱，使料液濃度維持在60℃±0.5℃，膜下游真空度0mmHg，收集瓶放入液氮中冷凍。開通閥門，透過蒸汽被冷凝收集，收集瓶中獲得的透過液乙醇濃度為1.30％，分離系數(shù)α乙醇/水為13.1，滲透通量為1125克/米2·小時。實(shí)施例二稱取9克平均分子量為6萬的聚偏氟乙烯粉末，溶解在21克二甲基乙酰胺中，55℃水浴加熱，按實(shí)施例一的方法制成厚度為85μm的膜，裝在滲透池中，料液瓶中加入4升7.8％乙醇水溶液，加熱，使料液濃度維持在70℃±0.5℃，膜下游真空保持4mmHg，收集瓶放入液氮中冷凍。開通閥門，透過蒸汽被冷凝收集，收集瓶中獲得的透過液乙醇濃度為30.2％，分離系數(shù)α乙醇/水為5.1，滲透通量為2876.5克/米2·小時。實(shí)施例三稱取12克平均分子量為55萬的聚偏氟乙烯粉末，溶解在20克二甲基乙酰胺和60克丙酮溶液中，40℃水浴加熱，按實(shí)施例一的方法制成厚度為65μm的膜，裝在滲透池中，料液瓶中加入4升20％乙醇水溶液，加熱，使料液濃度維持在25℃±0.5℃，膜下游真空度保持6mmHg，收集瓶放入液氮中冷凍。開通閥門，透過蒸汽被冷凝收集，收集瓶中獲得的透過液乙醇濃度為51.7％，分離系數(shù)α乙醇/水為4.3，滲透通量為1658.5克/米2·小時。實(shí)施例四稱取5克平均分子量為10萬的聚偏氟乙烯粉末，溶解在30克二甲基乙酰胺和65克丙酮溶液中，40℃水浴加熱，按實(shí)施例一的方法制成厚度為30μm的膜，裝在滲透池中，料液瓶中加入4升13.4％乙醇水溶液，加熱，使料液濃度維持在10℃±0.5℃，膜下游真空度保持3mmHg，收集瓶放入液氮中冷凍。開通閥門，透過蒸汽被冷凝收集，收集瓶中獲得的透過液乙醇濃度為36.5％，分離系數(shù)α乙醇/水為3.2，滲透通量為3273克/米2·小時。
權(quán)利要求
1．一種用聚偏氟乙烯滲透汽化膜分離乙醇水溶液的方法，其特征在于以相轉(zhuǎn)化法制備滲透汽化膜，使乙醇/水溶液中的乙醇優(yōu)先透過膜，分離質(zhì)量濃度為0.1％～20％的乙醇稀水溶液，具體步驟包括1)聚偏氟乙烯膜的制備聚偏氟乙烯溶解在二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶液中，配制成高聚物溶液，高聚物溶液置于40-55℃的水浴中加熱并攪拌，室溫下澆鑄支撐體上，水平放置使溶劑蒸發(fā)，再以萃取劑浸泡脫除剩余溶劑，干燥后制成膜；2)乙醇水溶液滲透汽化分離的操作將上述1)中所制得的膜裝入滲透汽化裝置滲透池中，控制進(jìn)料液乙醇濃度為0.1％～20％，操作溫度為10℃～70℃，透過側(cè)壓力為0～6mmHg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述的聚偏氟乙烯滲透汽化膜的厚度可以通過改變制膜液高聚物濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，膜的厚度為30～85μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述的制膜材料聚偏氟乙烯的平均分子量為2～55萬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述的制膜過程中，高聚物溶液中，丙酮與二甲基乙酰胺的配比為0～3，高聚物溶液的濃度為5％～30％。
全文摘要
本發(fā)明屬于用聚偏氟乙烯滲透氣化膜優(yōu)先透過乙醇，分離乙醇質(zhì)量濃度為0.1%～20%乙醇稀水溶液。目前乙醇稀水溶液的分離濃縮主要采用蒸餾、萃取、吸附、超濾、反滲透等方法，本發(fā)明提供的滲透汽化膜分離方法是采用聚偏氟乙烯制成的乙醇優(yōu)先透過滲透汽化膜，分離操作工藝簡單，可在常溫下進(jìn)行，并且該方法具有能耗低、無污染等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C07C31/08GK1239012SQ9911627
公開日1999年12月22日 申請日期1999年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月8日
發(fā)明者方軍, 黃繼才, 楊治中, 彭長庚 申請人:中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所