有机溶剂分离用的离子液体支撑液膜的制备方法技术

本发明专利技术属于有机溶剂分离膜技术领域，其特征在于，将离子液体不挥发、高稳定性、对不同有机溶剂的溶解性存在差异的特点和支撑液膜相结合，构成离子液体“填充型”支撑液膜。用于有机溶剂混合物蒸汽渗透膜分离过程，明显提高支撑液膜稳定性。对于甲苯／环己烷体系，当原料中甲苯浓度在２．７～１４．３％（ｗｔ）范围，分离因子保持在１０～１５，渗透通量为２．５～１０ｇ．ｍ↑［－２］．ｈ↑［－１］，在超过５００小时的连续实验中，蒸汽渗透过程膜分离性能稳定。对原料组成在乙醇／水混合物恒沸点附近的体系，４０℃下渗透通量达到５５ｇ．ｍ↑［－２］．ｈ↑［－１］左右。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机溶剂分离膜
技术背景有机溶剂混合物分离在化学工业中占有十分重要的地位，例如芳烃/烷烃混合物分离、乙 醇或异丙醇脱水精制等，传统上采用萃取、精馏等方法分离和提纯，存在分离工艺复杂，能 耗高等缺点。支撑液膜利用填充于固体微孔膜中的萃取剂组成膜液，提供分离选择性，将现 有的溶剂萃取、反萃、溶剂再生等几个过程合为一体同时进行。具有分离和浓縮系数高，萃 取剂用量少等优点，显著縮短分离过程，简化所需设备。尽管支撑液膜有许多优点，迄今为 止尚未实现大规模的工业化应用，其中的重要原因是膜性能不稳定，寿命相对较短。由于支 撑液膜中所填充的膜液和膜两侧相邻流体间化学位不同，形成传质推动力，导致膜液溶解于 相邻流体相(原料液相和反萃取液相)而流失，引起支撑液膜分离性能下降，使用寿命縮短。 当膜两侧压差超过临界值时，膜液容易被从支撑体的微孔中挤压出来。当原料液相和反萃取 液相以不同的速度流过膜表面时，产生的剪切力导致支撑体微孔中的膜液发生局部形变，生 成乳化液滴。此外，膜孔堵塞引起膜分离性能劣化，过高的跨膜压差和浓度差导致的"渗透 压效应"也会引起膜液流失。为了增加支撑液膜的稳定性，通常制备的支撑液膜较厚，限制 了进一步提高渗透通量。离子液体是在室温及相邻温度下完全由离子组成的有机液体物质，其中常见的正离子为烷基取代的咪唑阳离子或吡啶离子，阴离子为B/;—氟硼酸阴离子或尸《—氟磷酸阴离子等。和现有的有机溶剂相比，离子液体几乎无可测的蒸汽压，在使用、储存中不会挥发损失；较高 的热稳定性和化学稳定性；不可燃烧，无着火点；通过适当选择阳离子、阴离子及其取代基， 能够明显改变离子液体的物理化学特性，可以根据实际需要设计合适的离子液体。近十年以 来，离子液体成为"绿色化学"的重要组成部分。中国专利(CN200410009007.6)提出一种使用离子液体萃取分离青霉素的方法，确定了 萃取过程的操作方法以及pH值、相比、青霉素浓度等工艺操作条件对萃取率的影响，可以明 显降低萃取物损失，提高产品纯度。由于离子液体本身成本高，萃取剂回收复杂，该工艺缺 乏经济竞争力。为了减少离子液体用量，专利(CN200510073345.0)提出将离子液体经浸渍 工艺负载到硅胶等多孔固体上构成二氧化碳、二氧化硫等酸性气体(如烟道气、机动车尾气等) 的吸附剂，其中阴离子为氨基酸、氨基酸衍生物、或类似氨基酸结构的离子，对离子为咪唑类阳离子、膦类阳离子、胍类阳离子、胺类阳离子、铵盐阳离子等。由于吸附饱和后，必须 经过再生过程，脱除所吸附的溶质后才能继续使用，导致操作过程难于连续进行。本专利技术利用室温离子液体对不同有机溶剂的溶解性存在差异，以及难挥发，无可测蒸汽 压、粘度高的特点和支撑液膜相结合，将室温离子液体充填于多孔支撑体的微孔中，在分离 过程形成对组分的选择渗透作用；采用多孔膜作为支撑体，利用支撑体材料和离子液体间强 烈的相互作用而产生的毛细管力，将离子液体固定在微孔内，有效增强液膜稳定性。与此同 时，选用蒸汽渗透方式进行有机溶剂混合物膜分离过程操作，采用气相进料方式，避免膜液 和膜外的原料液体直接接触产生的乳化现象导致膜液流失。在保持膜分离过程高渗透通量、 高选择性前提下，同时改善支撑液膜稳定性，成为新型膜分离材料。专利技术目的本专利技术的目的在于提出一种用以改善支撑液膜稳定性、实现有机溶剂混合物高效分离的 离子液体支撑液膜的制备方法。本专利技术的特征在于，所述方法依次含有以下步骤步骤(1)，采用加压方式把室温离子液体压入耐有机溶剂的多孔材料制成的多孔支撑体 的微孔中；步骤(2)，把步骤(1)得到的已压入离子液体的多孔支撑体装入常用膜器； 步骤(3)，在该常用膜器中倒入已设定量的膜液离子液体，并使液体完全浸没该多孔支 撑体，再密封该膜器；步骤(4)，在3(TC 5(TC温度下，利用气体在所述膜液表面加压到1 5Kg/cm2,并在该 多孔支撑体下面的渗透侧抽真空，维持真空状态5 30分钟；步骤(5)，打开该膜器取出微孔内已经充满离子液体的多孔支撑体，清除膜表面的膜液 后，形成离子液体支撑液膜；其中，所述多孔材料是高分子材料多孔膜；其中，所述室温离子液体的阳离子为咪唑类或吡啶离子类化合物，阴离子为氟硼酸、或 氟磷酸、或磺酸基类物质。该专利技术有效消除导致支撑液膜性能劣化的原因，将室温离子液体和支撑液膜的优点相结 合，明显改善传统支撑液膜的稳定性。由于使用少量离子液体就能够填满支撑体的微孔，大 幅度减少价格昂贵的离子液体用量，降低制膜过程成本，有望用于工业有机溶剂分离与纯化 过程。附图说明图1离子液体支撑液膜制备流程；图2使用离子液体支撑液膜的膜分离流程l一溶剂瓶，2 —支撑液膜，3 —液氮冷阱，4一恒温室； 图3甲苯/环己烷分离过程的渗透物中甲苯浓度随原料浓度变化图，符号□原料，▲渗透物，參渗余物，实验条件常压下4(TC进行，区域l一原料甲苯重量百分浓度2. 7%，区域2 —原料甲苯重量百分浓度12. 9%，区域3 —原料甲苯重量百分浓度19. 8%，区域4一原料甲苯重量百分浓度14. 3%，区域5 —原料甲苯重量百分浓度7.5% ;图4甲苯/环己烷分离过程的渗透通量随原料中甲苯浓度变化图， 符号□总渗透通量， 參甲苯渗透通量，实验条件常压下40'C进行，区域l一原料甲苯重量浓度2. 7%, 区域2 —原料甲苯重量浓度12. 9%， 区域3 —原料甲苯重量浓度19. 8%， 区域4一原料甲苯重量浓度14. 3%， 区域5 —原料甲苯重量浓度7.5% ;图5乙醇/水分离过程膜性能随原料中水浓度变化图， 符号 分离因子， 〇滲透通量；图6乙醇/水分离过程膜性能稳定性实验结果图， 符号參分离因子， 〇渗透通量。具体实施方式本专利技术提出以下方法改善支撑液膜稳定性，实现有机溶剂混合物高效分离。1)将室温离子液体充填于多孔支撑体的微孔中，利用支撑体材料和离子液体间强烈的相 互作用而产生的毛细管力，将离子液体固定在微孔内，阻止膜液"流失"现象发生，有效增强液膜稳定性。通过有机溶剂混合物中不同组分在室温离子液体中的溶解度差异，实现不同 组分的选择性渗透；所述的支撑体可选用高分子材料多孔膜，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚砜、 聚丙烯腈、聚醚砜；或者多孔玻璃、多孔陶瓷作为耐有机溶剂的多孔物质；所述室温离子液体可选用阳离子为咪唑类或吡啶离子类化合物、阴离子为氟硼酸、氟磷 酸、磺酸基类物质；采用加压方式将离子液体压入多孔支撑体的微孔中；将多孔支撑体装入常用膜器，并在 多孔支撑体下面垫一层滤纸，倒入一定量膜液离子液体，并使其完全浸没多孔支撑体，此后 密封膜器；控制温度在30 5(TC范围，利用气体在膜液表面加压到1 5kg/cm2，并在滤纸侧 抽真空。维持该状态5 30分钟。然后打开膜器取出微孔内已经充满离子液体的多孔支撑体， 清除膜表面的膜液后，形成离子液体支撑液膜。2)使用有机溶剂混合物的蒸汽混合物，或者不凝性气体混合物作为待分离原料，在20 8(TC范围内，膜的渗透侧采用抽真空、或者使用水蒸气、氮气吹扫方式将渗透物取出；所述有机溶剂混合物包括芳烃/垸烃类混合物、醇/水类混合物、有机氯化物/水混合物； 所述不凝性气体混合物中包括二氧化碳、本文档来自技高网...

【技术保护点】
气相有机溶剂混合物分离用的离子液体支撑液膜制备方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：步骤（１），采用加压方式把室温离子液体压入耐有机溶剂的多孔材料制成的多孔支撑体的微孔中；步骤（２），把步骤（１）得到的已压入离子液体的多孔支撑体装入常用膜器；步骤（３），在该常用膜器中倒入已设定量的膜液离子液体，并使液体完全浸没该多孔支撑体，再密封该膜器；步骤（４），在３０℃～５０℃温度下，利用气体在所述膜液表面加压到１～５Ｋｇ／ｃｍ↑［２］，并在该多孔支撑体下面的渗透侧抽真空，维持真空状态５～３０分钟；步骤（５），打开该膜器取出微孔内已经充满离子液体的多孔支撑体，清除膜表面的膜液后，形成离子液体支撑液膜；其中，所述多孔材料是高分子材料多孔膜；其中，所述室温离子液体的阳离子为咪唑类或吡啶离子类化合物，阴离子为氟硼酸、或氟磷酸、或磺酸基类物质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王保国，彭勇，吴锋，林佳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]