用于分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，包括以下步骤：１）在容器内放入聚二甲基硅氧烷和溶剂，搅拌；２）然后再向容器内加入交联剂和催化剂，在室温下搅拌反应２～３小时，得混合液；３）接着将混合液依次进行过滤、脱泡、静止后，进行刮膜处理，得膜坯；４）先将膜坯在室温下硫化，待溶剂基本挥发后；再放入干燥箱中进一步高温硫化，即得渗透汽化膜。采用本发明专利技术方法制备的渗透汽化膜具有分离性能高、稳定性良好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，特别是一种针对纤维素发酵 制得的乙醇进行浓縮的渗透汽化膜的制备方法。
技术介绍
目前醇一水体系中优先透水的渗透汽化分离研究国内外已有较多报道，渗透汽化用于 制备无水乙醇已经进入工业应用。但优先透水的渗透汽化过程只适于处理富含有醇类而水 含量低的体系，如浓度99X(w)的乙醇脱水制取无水乙醇工艺。而在工业生产中，存在着很 多醇类含量较低的水溶液体系，如生物发酵法制乙醇工艺中，发酵液中乙醇浓度在7X(w) 左右。在对这些醇类含量较低的水溶液体系进行处理时，使用优先透水的渗透汽化膜是不 合适的，而唯有优先透醇的渗透汽化膜才能满足实际工艺的需要，故对其进行深入的研究 有着重要的实际价值。尤其是目前随着石油价格的不断高涨，世界范围内开始进行大规模的开发生物燃料， 其形势令人振奋。作为一种不可再生的自然矿产资源，全球石油开采已经进入到中期，2004 年以来油价高涨就显示出供应的增长赶不上需求的增长。能源市场上供需的缺口，只能由 生物燃料来填补。全球对生物燃料的潜力需求非常大，虽然世界上可再生的能源种类繁多， 但是可以替代石油做动力燃料的却少而又少。而生物燃料是目前唯一进入市场且可替代石 油燃料的大宗可再生能源；因此，作为汽油添加剂的生物酒精(乙醇)是石油替代的首善 之举。乙醇是产量最大的发酵产品。目前，传统的乙醇发酵生产存在的问题是(1) 多用间歇发酵过程，生产率低，设备庞大，产品质量不稳定；(2) 目前国际粮食供应紧缺，以农产品为主要原料发酵生产乙醇的方法违背了国家实行 可持续发展的战略要求；(3) 发酵法一般都只能生产8%-10%以下的乙醇稀溶液，而且乙醇作为产物对反应具有 强烈的抑制作用，对大多数酵母而言，当乙醇浓度达到5%时就会停止生长，当乙 醇浓度从6%增加到12%时，乙醇的产率就会逐渐减为零，这将大大降低反应产率。因此，要提高产品性能必须使发酵过程连续化，应用有足够选择性的分离技术，使发 酵过程中的抑制性产物乙醇及时脱除，才能加快反应的进程，提高乙醇的生产效率。为了响应国家号召，始终贯彻可持续发展的战略方针，人们提出使用秸秆、草皮和树皮等纤维素生产乙醇；这些纤维素人类并不能食用，根本就不会威胁人类的食物供应。研究人员通过使用特定的酶将纤维素进行分解获得简单的糖类物质，再把这些糖类物质转化 成能量使用。纤维素在自然界是大量存在的，通过纤维素所获的乙醇是非常洁净的，可以 和汽油一样有效驱动汽车行驶，更重要的一个原因，我们不再需要重新专利技术汽车，这将使 我们的汽车工业继续发展下去，不会造成巨大的浪费。60年代后，各种膜分离技术得到了迅速的发展，包括生物物质在内的分离纯化过程得到越来越广泛的应用，膜分离技术己成为最重要的分离技术之一。膜技术的发展为提高 连续发酵过程的性能提供了一系列有效而简便的方法。其中，渗透汽化膜技术是正在开发 应用中的膜技术之一，它主要用于有机物一水、有机物一有机物的分离，是最有希望取代 某些高能耗的精馏技术的膜分离过程。渗透汽化(渗透蒸发,Pervaporation)是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩 散性能不同来实现其分离的一种膜过程。有机混合物原料液经加热器加热到一定温度后， 在常压下送入膜分离器与膜接触，在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。这 样，渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜，并在膜的下游侧 汽化，被冷凝成液体而除去不能透过膜的截留物流出膜分离器。它的特点有高效，选择 合适的膜单级就能实现很高的分离度；低能耗， 一般比恒沸蒸馏法节能1/2~2/3;过程简单， 附加的处理少，操作方便；过程不引入其它试剂，产品和环境不会受到污染；便于放大及 与其它过程耦合和集成。目前发酵液中的乙醇分离浓縮主要采用蒸馏、萃取、吸附、超滤、 反渗透等方法，与上述方法相比，渗透汽化膜分离法具有一次性分离程度高、过程简单、 能耗低、无污染等特点。八十年代以来，各国学者对优先透水膜进行了广泛的研究和探讨，如吴礼光；朱长乐; 刘美娥在中国专利技术专利94102067.3—一"渗透汽化透水膜的制备方法及组成"中专利技术了 一种用聚乙烯醇和壳聚糖共混，加入交联剂柠檬酸后制成透水性能优良的膜材料，林晓; 徐南平;罗彦;仲盛来在中国专利技术专利200410041601.3—一"一种高性能渗透汽化透水膜 的制备方法"中专利技术了在多孔管状陶瓷支撑体表面制备NaA型分子筛膜的方法，其分离 90wt。/。乙醇水溶液时，平均水渗透通量J=2.5 3.2kg/m2h，分离系数a=5000 10000以上，在专利号为200410015893.3的中国专利中，陈翠仙;李继定;刘寿山;张丹霞制备低温等 离子体接枝渗透汽化膜，这种渗透汽化膜具有良好的选择性和渗透通量。目前在高浓度乙 醇/水脱水领域已实现了工业化，然而，对优先透醇膜的研究，国内处于起步状态。方军;黄继才等在中国专利技术专利 99116274.9—一、、用聚偏氟乙烯渗透汽化膜分离乙醇水溶液的方法"中制备聚偏氟乙烯分离 0.1%~20%的乙醇稀溶液，当料液浓度为0.1%时，分离因子达到13.1，渗透通量达到 1125g/m^;当料液浓度增加时，分离因子下降，渗透通量增加，当料液浓度是13.4%时，分 离因子为3.2，渗透通量达到3273 g/m2h。然而由于聚偏氟乙烯结晶度对膜结构的影响，制 备的膜存在缺陷，从而阻碍了这种材料在渗透汽化致密膜上的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于醇水体系尤其是针对分离纤维素乙醇的渗 透汽化膜的制备方法，采用该种方法制备的渗透汽化膜具有分离性能高、稳定性良好的特 点。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种，包括以下步骤1) 、在容器内放入聚二甲基硅氧烷和溶剂，搅拌；2) 、然后再向容器内加入交联剂和催化剂，在室温下搅拌反应2 3小时，得混合液， 所述聚二甲基硅氧垸、交联剂和催化剂的质量比为10: 0.9 1.1: 0.18 0.22;3) 、接着将上述混合液依次进行过滤、脱泡、静止后，进行刮膜处理，得膜胚；4)、先将上述膜胚在室温下硫化，待溶剂基本挥发后；再放入干燥箱中进一步高温硫 化，即得渗透汽化膜。作为本专利技术的的改进所述步骤2)中的交联剂为硅酸酯类化合物，例如为正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、硅酸丁酯、硅酸甲酯、二甲 氧基硅垸、二乙氧基硅垸等等；催化剂为垸基锡类化合物，例如为二丁基二月桂酸锡、 单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、三丙基氧化锡、二丙基氧化锡等等。作为本专利技术的的进一步改进步骤4)为在50 11(TC的高温下硫化3~9h。作为本专利技术的的进一步改进步骤3)在聚丙烯腈超滤膜底膜上进行刮膜处理，控制膜胚的厚度为150~200um。作为本专利技术的的进一步改进步骤4)膜胚在室温下硫化40 50h，溶剂能基本挥发。作为本专利技术的的进一步改进步骤1)要求充分搅拌，搅拌时间为1.5 2.5小时。作为本专利技术的的进一步改进步骤1)中 的溶剂为有机溶剂，例如为正己垸、正辛烷、甲苯、氯仿、二甲苯等；每10克聚二甲基 硅氧烷添加250~350mL的有机溶剂。在本专利技术中，室温下指的是0 3(TC。采用本专利技术方法所得的渗透汽化膜能用于分离甲醇、乙醇、异丙醇等一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，其特征是包括以下步骤：　　　　１）、在容器内放入聚二甲基硅氧烷和溶剂，搅拌；　　　　２）、然后再向容器内加入交联剂和催化剂，在室温下搅拌反应２～３小时，得混合液，所述聚二甲基硅氧烷、交联剂和催化剂的质量比为１０∶０．９～１．１∶０．１８～０．２２；　　　　３）、接着将上述混合液依次进行过滤、脱泡、静止后，进行刮膜处理，得膜胚；　　　　４）、先将上述膜胚在室温下硫化，待溶剂基本挥发后；再放入干燥箱中进一步高温硫化，即得渗透汽化膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄和，白云翔，张红漫，张林，陈欢林，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]