一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法技术

一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法，它涉及一种渗透汽化膜的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有渗透蒸发膜分离方法能耗高，分离效率低和对环境造成污染的问题。方法：一、制备酚醛树脂生物炭；二、制备粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末；三、制备干燥的酚醛树脂生物炭粉末；四、制备处理后的酚醛树脂生物炭粉末；五、制备均匀的混合液Ⅰ；六、制备混合液Ⅱ；七、制备混合溶液Ⅲ；八、浇注，刮膜，得到改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜。本发明专利技术可获得一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法。

Method for preparing modified phenolic resin biological carbon reinforced ethanol selective pervaporation membrane

The invention relates to a preparation method of a modified phenolic resin biological carbon enhanced ethanol selective pervaporation membrane, which relates to a preparation method of a pervaporation membrane. The object of the invention is to solve the problems of high energy consumption, low separation efficiency and environmental pollution of the existing pervaporation membrane separation method. Methods: 1. Preparation of phenolic resin Biocharcoal; two, the preparation of phenolic resin particle size of biochar powder 60NM ~ 50nm; phenolic resin biological carbon powder three, dry preparation of phenolic resin; biological carbon powder preparation system after treatment four, five; mixed liquor I, the preparation of uniform; six preparation of mixture II; seven, preparing mixed solution III; eight, casting, film blowing, phenolic resin was modified with biochar enhanced ethanol selective pervaporation membrane. The invention can obtain a method for preparing a modified phenolic resin biological carbon and an ethanol selective pervaporation membrane.

【技术实现步骤摘要】
一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法
本专利技术涉及一种渗透汽化膜的制备方法。
技术介绍
随着人类文明的不断发展，不可再生化石燃料如天然气、煤、石油等慢慢枯竭，人类一直在不断寻找新的能源和代替能源来解决能源危机。世界石油价格不断上涨，环境污染问题愈演愈烈，全球变暖问题日益加剧，开发新的清洁能源已经迫在眉睫。以可再生的生物质为原料，用发酵法制备高纯度的乙醇可以降低能源危机的影响、减少大气污染及减小温室效应而受到广泛关注。发酵法制备乙醇主要存在两个问题：一、料液中乙醇的分离；二、当发酵液中乙醇浓度超过8％时，会对酵母菌生长产生抑制，甚至杀死酵母菌。目前所采用的分离乙醇的方法主要有溶剂萃取发、二氧化碳气提、和蒸馏法等，这些分离方法存在大量能耗和污染。相比以上的分离方法，渗透蒸发膜分离方法能耗低，不会对环境造成污染；同时在分离过程中，不会杀死发酵液中的酵母菌；随着分离过程的不断进行，乙醇不断地被分离出来，使料液中乙醇浓度不会超过8％，使发酵过程可以连续进行，实现连续生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有渗透蒸发膜分离方法能耗高，分离效率低和对环境造成污染的问题，而提供一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法。一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备酚醛树脂生物炭：将树皮磨成粉末，再在温度为100℃～105℃下烘干12h～30h，得到干燥的树皮粉末；再将干燥的树皮粉末与酚醛树脂混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌4h～6h，得到干燥的树皮粉末和酚醛树脂的混合物；将干燥的树皮粉末和酚醛树脂的混合物在压力为8MPa～12MPa和温度为160℃～200℃下固化1h～3h，再在氮气气氛和温度为300℃～900℃下高温处理1h～1.5h，得到酚醛树脂生物炭；步骤一中所述的干燥的树皮粉末与酚醛树脂的质量比为1:(0.5～2)；二、将酚醛树脂生物炭进行研磨，再在温度为100℃～140℃下干燥12h～30h，得到粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末；三、使用滤纸对粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末进行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯为溶剂，在氮气保护下抽提20h～30h，得到抽提后的生物炭粉；将抽提后的生物炭粉在常温下进行干燥，得到干燥的酚醛树脂生物炭粉末；四、将干燥的酚醛树脂生物炭粉末、质量分数为37％的甲醇溶液与质量分数为20％的氢氧化钠溶液混合，再在温度为40℃～60℃和搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌4h～6h，再自然冷却至室温，再使用蒸馏水清洗3次～5次，最后放入温度为100℃～140℃的真空干燥箱中干燥24h～48h，得到处理后的酚醛树脂生物炭粉末；步骤四中所述的干燥的酚醛树脂生物炭粉末的质量与质量分数为37％的甲醇溶液的体积比为(10g～15g):100mL；步骤四中所述的干燥的酚醛树脂生物炭粉末的质量与质量分数为20％的氢氧化钠溶液的体积比为(10g～15g):10mL；五、将处理后的酚醛树脂生物炭粉末、乙烯基三乙氧基硅烷和正己烷混合，得到混合液Ⅰ，再使用超声波震荡器对混合液Ⅰ超声震荡处理20min～40min，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌40min～60min，得到均匀的混合液Ⅰ；步骤五中所述的乙烯基三乙氧基硅烷与处理后的酚醛树脂生物炭粉末的质量比为(0.5～2):1；步骤五中所述的处理后的酚醛树脂生物炭粉末的质量与正己烷的体积比为(0.01g～0.05g):70mL；六、将聚二甲基硅氧烷和正己烷混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌0.5h～2.5h，得到混合液Ⅱ；步骤六中所述的聚二甲基硅氧烷的质量与正己烷的体积比为(0.8g～1g):70mL；七、将均匀的混合液Ⅰ和混合液Ⅱ混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌60min～120min，再加入正硅酸乙酯，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌30min～60min，再加入二月硅酸二丁基锡，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌8min～16min，得到混合溶液Ⅲ；步骤七中所述的正硅酸乙酯与混合液Ⅱ的体积比为1:(1000～1500)；步骤七中所述的二月硅酸二丁基锡与混合液Ⅱ的体积比为1:(5000～10000)；八、将醋酸纤维素微滤膜浸泡在去离子水中1h～3h，取出后擦拭掉醋酸纤维素微滤膜表面的去离子水，再在温度为20℃～25℃和湿度为50％～60％的条件下将混合溶液Ⅲ浇铸在去除表面去离子水的醋酸纤维素微滤膜上，浇注过程中使用刮膜机在醋酸纤维素微滤膜上进行刮膜，然后再将浇注有混合溶液Ⅲ的醋酸纤维素微滤膜在室温下放置20h～28h，再在温度为80℃的烘箱中干燥6h～8h，得到改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜；步骤八中所述的混合溶液Ⅲ与醋酸纤维素微纳滤膜的质量比为(102～105):10。本专利技术的优点：一、本专利技术制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜可以对质量分数为5％～20％的乙醇水溶液进行分离，所分离的产物为气态，需经过冷凝收集处理，所得溶液即为分离的乙醇溶液；二、本专利技术中所采用的酚醛树脂生物炭粉末的粒径为50nm～60nm，聚二甲基硅氧烷分子链的有序排列被十分有效的改变，使分离层聚合物能够透过乙醇分子的有效自由体积增大，从而使改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的分离效率比未添加酚醛树脂生物炭的复合膜显著提高；实际上，酚醛树脂生物炭的添加比例与复合膜的乙醇分离能力之间密切相关，酚醛树脂生物炭的添加量过多，直接的后果就是聚二甲基硅氧烷分子链的有序排列被完全打破，外部表现为复合膜的机械性能明显下降，甚至于无法进行渗透蒸发；三、本专利技术制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜用于对40℃的10％浓度的乙醇溶液，其分离因子为11.4，渗透通量为224.37g·m-2·h-1。本专利技术可获得一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法。附图说明图1为红外光谱图，图1中1为实施例一步骤四中得到的处理后的酚醛树脂生物炭粉的红外曲线，2为实施例一步骤五中得到的均匀的混合液Ⅰ挥发溶剂后得到的粉末的红外曲线；图2为处理后的酚醛树脂生物炭粉的添加量对改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与水的接触角的影响图，图2中1为实施例一中制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与水的接触角曲线，2为实施例二中制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与水的接触角曲线，3为实施例三中制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与水的接触角曲线；图3为处理后的酚醛树脂生物炭粉的添加量对改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与无水乙醇的接触角的影响图，图3中1为实施例一中制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与无水乙醇的接触角曲线，2为实施例二中制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面与无水乙醇的接触角曲线，3为实施例三中制备的改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、制备酚醛树脂生物炭：将树皮磨成粉末，再在温度为100℃～105℃下烘干12h～30h，得到干燥的树皮粉末；再将干燥的树皮粉末与酚醛树脂混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌4h～6h，得到干燥的树皮粉末和酚醛树脂的混合物；将干燥的树皮粉末和酚醛树脂的混合物在压力为8MPa～12MPa和温度为160℃～200℃下固化1h～3h，再在氮气气氛和温度为300℃～900℃下高温处理1h～1.5h，得到酚醛树脂生物炭；步骤一中所述的干燥的树皮粉末与酚醛树脂的质量比为1:(0.5～2)；二、将酚醛树脂生物炭进行研磨，再在温度为100℃～140℃下干燥12h～30h，得到粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末；三、使用滤纸对粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末进行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯为溶剂，在氮气保护下抽提20h～30h，得到抽提后的生物炭粉；将抽提后的生物炭粉在常温下进行干燥，得到干燥的酚醛树脂生物炭粉末；四、将干燥的酚醛树脂生物炭粉末、质量分数为37％的甲醇溶液与质量分数为20％的氢氧化钠溶液混合，再在温度为40℃～60℃和搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌4h～6h，再自然冷却至室温，再使用蒸馏水清洗3次～5次，最后放入温度为100℃～140℃的真空干燥箱中干燥24h～48h，得到处理后的酚醛树脂生物炭粉末；步骤四中所述的干燥的酚醛树脂生物炭粉末的质量与质量分数为37％的甲醇溶液的体积比为(10g～15g):100mL；步骤四中所述的干燥的酚醛树脂生物炭粉末的质量与质量分数为20％的氢氧化钠溶液的体积比为(10g～15g):10mL；五、将处理后的酚醛树脂生物炭粉末、乙烯基三乙氧基硅烷和正己烷混合，得到混合液Ⅰ，再使用超声波震荡器对混合液Ⅰ超声震荡处理20min～40min，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌40min～60min，得到均匀的混合液Ⅰ；步骤五中所述的乙烯基三乙氧基硅烷与处理后的酚醛树脂生物炭粉末的质量比为(0.5～2):1；步骤五中所述的处理后的酚醛树脂生物炭粉末的质量与正己烷的体积比为(0.01g～0.05g):70mL；六、将聚二甲基硅氧烷和正己烷混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌0.5h～2.5h，得到混合液Ⅱ；步骤六中所述的聚二甲基硅氧烷的质量与正己烷的体积比为(0.8g～1g):70mL；七、将均匀的混合液Ⅰ和混合液Ⅱ混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌60min～120min，再加入正硅酸乙酯，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌30min～60min，再加入二月硅酸二丁基锡，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌8min～16min，得到混合溶液Ⅲ；步骤七中所述的正硅酸乙酯与混合液Ⅱ的体积比为1:(1000～1500)；步骤七中所述的二月硅酸二丁基锡与混合液Ⅱ的体积比为1:(5000～10000)；八、将醋酸纤维素微滤膜浸泡在去离子水中1h～3h，取出后擦拭掉醋酸纤维素微滤膜表面的去离子水，再在温度为20℃～25℃和湿度为50％～60％的条件下将混合溶液Ⅲ浇铸在去除表面去离子水的醋酸纤维素微滤膜上，浇注过程中使用刮膜机在醋酸纤维素微滤膜上进行刮膜，然后再将浇注有混合溶液Ⅲ的醋酸纤维素微滤膜在室温下放置20h～28h，再在温度为80℃的烘箱中干燥6h～8h，得到改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜；步骤八中所述的混合溶液Ⅲ与醋酸纤维素微纳滤膜的质量比为(102～105):10。...

【技术特征摘要】
1.一种改性酚醛树脂生物炭增强乙醇选择性渗透汽化膜的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、制备酚醛树脂生物炭：将树皮磨成粉末，再在温度为100℃～105℃下烘干12h～30h，得到干燥的树皮粉末；再将干燥的树皮粉末与酚醛树脂混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌4h～6h，得到干燥的树皮粉末和酚醛树脂的混合物；将干燥的树皮粉末和酚醛树脂的混合物在压力为8MPa～12MPa和温度为160℃～200℃下固化1h～3h，再在氮气气氛和温度为300℃～900℃下高温处理1h～1.5h，得到酚醛树脂生物炭；步骤一中所述的干燥的树皮粉末与酚醛树脂的质量比为1:(0.5～2)；二、将酚醛树脂生物炭进行研磨，再在温度为100℃～140℃下干燥12h～30h，得到粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末；三、使用滤纸对粒径为50nm～60nm的酚醛树脂生物炭粉末进行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯为溶剂，在氮气保护下抽提20h～30h，得到抽提后的生物炭粉；将抽提后的生物炭粉在常温下进行干燥，得到干燥的酚醛树脂生物炭粉末；四、将干燥的酚醛树脂生物炭粉末、质量分数为37％的甲醇溶液与质量分数为20％的氢氧化钠溶液混合，再在温度为40℃～60℃和搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌4h～6h，再自然冷却至室温，再使用蒸馏水清洗3次～5次，最后放入温度为100℃～140℃的真空干燥箱中干燥24h～48h，得到处理后的酚醛树脂生物炭粉末；步骤四中所述的干燥的酚醛树脂生物炭粉末的质量与质量分数为37％的甲醇溶液的体积比为(10g～15g):100mL；步骤四中所述的干燥的酚醛树脂生物炭粉末的质量与质量分数为20％的氢氧化钠溶液的体积比为(10g～15g):10mL；五、将处理后的酚醛树脂生物炭粉末、乙烯基三乙氧基硅烷和正己烷混合，得到混合液Ⅰ，再使用超声波震荡器对混合液Ⅰ超声震荡处理20min～40min，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌40min～60min，得到均匀的混合液Ⅰ；步骤五中所述的乙烯基三乙氧基硅烷与处理后的酚醛树脂生物炭粉末的质量比为(0.5～2):1；步骤五中所述的处理后的酚醛树脂生物炭粉末的质量与正己烷的体积比为(0.01g～0.05g):70mL；六、将聚二甲基硅氧烷和正己烷混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌0.5h～2.5h，得到混合液Ⅱ；步骤六中所述的聚二甲基硅氧烷的质量与正己烷的体积比为(0.8g～1g):70mL；七、将均匀的混合液Ⅰ和混合液Ⅱ混合，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌60min～120min，再加入正硅酸乙酯，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌30min～60min，再加入二月硅酸二丁基锡，再在搅拌速度为180r/min～200r/min下磁力搅拌8min～16min，得到混合溶液Ⅲ；步骤七中所述的正硅酸乙酯与混合液Ⅱ的体积比为1:(1000～1500)；步骤七中所述的二月硅酸二丁基锡与混合液Ⅱ的体积比为1:(5000～10000)；八、将醋酸纤维素微滤膜浸泡在去离子水中1h～3h，取出后擦拭掉醋酸纤维素微滤膜表面的去离子水，再在温度为20℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟宏，兰永强，颜宁，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23