一種納米纖維管狀膜膜萃取裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米纖維管狀膜膜萃取裝置，由納米纖維管狀膜器，循環(huán)泵和相應(yīng)的管道，物料儲液罐和萃取劑儲罐，兩個流速可調(diào)的循環(huán)泵組成。管狀膜兩端由兩個分隔板固定，納米纖維膜段處于兩隔板之間。管狀膜之間相距均勻地分布固定在隔板上，連接處密封。兩隔板將管狀膜器腔體分成三部分，兩端的腔體由管狀膜連接相通，膜器腔體中間部分與兩端部分密封不相通。物料的循環(huán)是：由泵將物料從儲液罐中經(jīng)進口3泵入膜器，經(jīng)過管狀膜管內(nèi)通道由出口4離開膜器進入儲液罐。萃取劑的循環(huán)是：由泵8將萃取液從儲液罐7經(jīng)進口5泵入膜器，經(jīng)管狀膜外部由出口6離開膜器進入儲液罐7。物質(zhì)交換只在兩相界面進行。該裝置大小，根據(jù)處理物質(zhì)的量來設(shè)計管狀膜器和相應(yīng)部件，依據(jù)流體粘度和單位體積內(nèi)膜面積量的綜合考慮設(shè)計管狀膜的直徑，適宜在10至20mm范圍。
【專利說明】一種納米纖維管狀膜膜萃取裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種膜萃取裝置，一種納米纖維管狀膜萃取裝置。膜萃取，又稱固定膜界面萃取，是膜技術(shù)和液液萃取過程相結(jié)合的新的分離技術(shù)，是膜分離過程中的重要組成部分，屬于膜分離分析【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]膜萃取裝置在工業(yè)上、環(huán)保領(lǐng)域、日常生活中具有廣泛的應(yīng)用。例如用于工業(yè)廢水處理、石油中除硫等，是其它方法無法比擬的。目前對膜萃取有很多研究，比如清華大學(xué)用中空纖維膜器研究膜萃取水中的鎘離子(“化學(xué)工程”2002年05期)；中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心利用平板膜制作一種膜萃取天然水中污染物現(xiàn)場采樣裝置(中國專利CN02116560.2)。這些裝置只能作為試驗室研究應(yīng)用，但在實際工業(yè)應(yīng)用存在許多缺點。比如中空纖維膜器，在處理粘稠物料時不僅流動困難，還容易堵塞。平板膜器在處理大量物料時，需要龐大設(shè)備，很不經(jīng)濟。本發(fā)明裝置采取納米纖維管狀膜器，不僅克服了上述膜器的缺點，還提高了單位膜面的萃取效率。該裝置能廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和廢水處理，回收資源。
[0003]發(fā)明的內(nèi)容
[0004]本發(fā)明針對中空纖維膜器和平板膜器的缺點，提出納米纖維管狀膜作為膜萃取裝置的主要部件，設(shè)計一種納米纖維管狀膜萃取裝置。納米纖維管狀膜的制備方法在“一種用于膜蒸餾的管狀膜制備方法”專利中已有描述(申請?zhí)?01010202032.1)。用于膜萃取的管狀膜，根據(jù)具體萃取的物料和萃取劑的不同，選擇其性能是疏水的或親水的，或者雙性膜，即一面是親水性的另一面是疏水性的。雙性膜在用水溶液作萃取劑萃取除去石油中雜質(zhì)時，可以防止油滴漏入水相。雙性膜的制備能用專利(申請?zhí)?01010202032.1)方法實現(xiàn)。納米纖維管狀膜膜萃取裝置如圖1和2所示。圖1表示管狀膜器示意圖，I表示膜器腔體，2為管狀膜，按前專利所述由管狀膜支架和外層納米纖維膜組成，納米纖維膜層按需要選擇是疏水性的或親水性的或一面疏水另一面親水的雙性膜。管狀膜兩端開口，液體或氣體可從一端進入從另一端流出。管狀膜兩端由兩個分隔板固定，納米纖維膜段處于兩隔板之間。各管狀膜之間相距均勻地分布固定在隔板上，連接處密封。兩隔板將管狀膜器腔體分成三部分，兩端的腔體由管狀膜連接相通。液體或氣體從進口 3通過管狀膜由出口 4流出。膜器腔體中間部分與兩端部分密封不相通。中間腔體有進液或氣口 5，出液或氣口 6，通常為循環(huán)萃取劑的通道。由管狀膜將3和4循環(huán)的液相或氣相與5和6循環(huán)的相分開，物質(zhì)交換只在兩相界面進行。圖2圖示了管狀膜膜萃取工作時液體或氣體的循環(huán)路線。整個管狀膜膜萃取裝置由管狀膜組成管狀膜器如圖1 ;物料儲液罐和萃取劑儲罐7 ;流速可調(diào)的循環(huán)泵8和9和相應(yīng)的管道組成。結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。根據(jù)被處理物質(zhì)的量來設(shè)計管狀膜器和相應(yīng)部件大小，依據(jù)流體粘度和單位體積內(nèi)膜面積量的綜合考慮設(shè)計管狀膜的直徑，適宜在10至20mm范圍?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0005]圖1是管狀膜器結(jié)構(gòu)示意圖，I為膜器腔體，2為管狀膜，3是物料進口，4是物料出口，5是萃取劑進口，6為萃取劑出口。
[0006]圖2表示膜萃取物料和萃取劑循環(huán)路線示意圖，7為萃取劑儲液罐，8為流速可調(diào)的萃取劑循環(huán)泵，9為流速可調(diào)的物料循環(huán)泵。
【具體實施方式】
[0007]常規(guī)的萃取過程是兩個液相直接接觸，利用各個被分離的組分在兩相的分配系數(shù)不同，可以把各組分分離。膜萃取雖然比常規(guī)萃取優(yōu)越，但仍以常規(guī)萃取原理為基礎(chǔ)，基本原理是根據(jù)兩相分配系數(shù)不同進行組分分離。所以實施膜萃取時，首要條件是根據(jù)被萃取化合物的性質(zhì)選擇萃取液的組成。其次是根據(jù)兩相性質(zhì)選擇用于膜萃取的膜材料性質(zhì)。有的體系若是相同相的萃取，比如水體系用水溶液作萃取劑，用常規(guī)方法很難實施。如果用膜萃取，只要膜能將相同相分割成兩相，比如疏水膜可將水相分割成兩相，便可實施膜萃取過程。以實例說明管狀膜萃取的具體實施過程。
[0008]實例I
[0009]配制0.25%的苯酚水溶液1000ml，作為被萃取物料。配制1.25% NaOH的水溶液1000ml，作為萃取劑。選擇七只直徑Φ 18mm膜面長300mm的PVDF納米纖維管狀膜作為膜萃取膜器件，按圖1裝配成納米纖維管狀膜膜器，有效膜面積為0.05m2。按圖2進行萃取循環(huán)，由泵9將物料從儲液罐中經(jīng)3泵入膜器，經(jīng)過管狀膜2管內(nèi)通道由出口 4離開膜器進入儲液罐，由此進行物料循環(huán)。由泵8將萃取液從儲液罐7經(jīng)進口 5泵入膜器，經(jīng)管狀膜外部由出口 6離開膜器進入儲液罐7，由此進行萃取劑循環(huán)。兩種水溶液在管狀膜壁形成界面，萃取劑中的NaOH與物料水中的苯酚反應(yīng)，生成苯酚鈉，進入萃取劑中。由于苯酚屬于有機物，親油性大于親水性，所以其能透過PVDF膜與NaOH反應(yīng)生成苯酚鈉和水。苯酚鈉在水中溶解度很大，親油性減小，因而不會回到物料水中，從而達到了分離。由于FeCl3(三氯化鐵)與苯酚生成絡(luò)合物在水中呈紫色，不同的苯酚濃度有顏色變化。固定？冗13在水中的濃度為2%，配制一系列從0.25至0.01%的苯酚水溶液分別與定量的2% FeClyK溶液反應(yīng)，作為比色標(biāo)準。在膜萃取循環(huán)過程中每隔一小時從物料中取樣一次，與定量的FeClyK溶液反應(yīng)并與標(biāo)準顏色對比。由此方法可以確定，該體系膜萃取過程不同時間物料中苯酚含量。經(jīng)過循環(huán)6小時后，物料中苯酚含量減至0.08%。
[0010]實例2
[0011]配制0.25%的苯酚水溶液1000ml，作為被萃取物料。配制2.5% NaOH的水溶液1000ml，作為萃取劑。選擇七只直徑Φ 18mm膜面長300mm的PVDF納米纖維管狀膜作為膜萃取膜器件，按圖1裝配成納米纖維管狀膜膜器，有效膜面積為0.05m2。按圖2進行萃取循環(huán)，由泵9將物料從儲液罐中經(jīng)3泵入膜器，經(jīng)過管狀膜2內(nèi)通道由4離開膜器進入儲液罐，由此進行物料循環(huán)。由泵8將萃取劑從儲液罐7經(jīng)5泵入膜器，經(jīng)管狀膜外部由6離開膜器進入儲液罐7，由此進行萃取劑循環(huán)。固定FeCl3在水中的濃度為2%，配制一系列從
0.25至0.01%的苯酚水溶液分別與定量的2% FeCl3水溶液反應(yīng)，作為比色標(biāo)準。在膜萃取循環(huán)過程中每隔一小時從物料中取樣一次，與定量的FeCl3水溶液反應(yīng)并與標(biāo)準顏色對t匕。由此方法可以確定，該體系膜萃取過程不同時間物料中苯酚含量。循環(huán)6小時后，物料中苯酚含量減至0.01%。
[0012]工業(yè)實用性
[0013]膜萃取在工業(yè)上、環(huán)境保護、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。從上述兩個實例可以看出在污水處理上應(yīng)用前景。實例中列出的只是小型的一級膜萃取，根據(jù)需要可以設(shè)計大型規(guī)模的設(shè)備，和多極膜萃取裝置。在石油加工中也有方便的應(yīng)用，比如除去油品中有害物質(zhì)硫的應(yīng)用。當(dāng)油品中含有硫醇和苯硫酚時，能用堿水溶液作萃取劑除去。當(dāng)油品中含有噻吩時，能用相應(yīng)含有絡(luò)合劑的溶液膜萃取除去。膜萃取中的萃取物是另一種化工原料，是寶貴資源。
【權(quán)利要求】
1.一種管狀膜萃取裝置，由管狀膜器腔體I和納米纖維管狀膜2組成管狀膜器，流速可調(diào)的循環(huán)泵8、9，物料儲液罐和萃取劑儲罐7以及相應(yīng)的管道組成，其特征在于管狀膜為納米纖維管狀膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維管狀膜，其特征在于膜層按需要選擇疏水性的或親水性的，或雙性膜即一面親水另一面疏水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述管狀膜器腔體1，其特征在于由兩隔板分成三部分，兩端的腔體由管狀膜連接相通，中間部分與兩端部分密封不相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維管狀膜，其特征在于管狀膜兩端開口由兩個分隔板固定，納米纖維膜段處于兩隔板之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維管狀膜，其特征在于各管狀膜之間相距均勻地分布在隔板上，連接處密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維管狀膜，其特征在于管狀膜直徑依據(jù)流體粘度和單位體積內(nèi)膜面積量綜合考慮設(shè)計，適宜在10至20mm范圍。
【文檔編號】B01D11/04GK104001345SQ201310058081
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月25日
【發(fā)明者】劉鋼, 劉冉 申請人:劉鋼, 劉冉