分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，主要解决现有分离技术对非质子极性溶剂分离的设备要求高，能耗大，装置及工艺复杂的问题。本发明专利技术提供的分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，采用渗透汽化膜分离装置，包括在渗透汽化膜上部充满非质子极性溶剂和小分子溶剂的混合物的进料液，渗透汽化膜下部空腔连接真空装置，使进料液中的小分子溶剂通过渗透汽化膜向下部空腔扩散的步骤，其中，渗透汽化膜为包括支撑层和分离层的聚酰亚胺渗透汽化膜，分离层位于所述支撑层上，所述分离层为多层聚酰亚胺膜，较好地解决了该问题，可用于非质子极性有机溶剂的回收纯化等工业过程。

A method for the separation of small molecular solvents from aprotic polar solvents

【技术实现步骤摘要】
分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法
本专利技术涉及一种分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法。
技术介绍
二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)等非质子极性溶剂广泛应用在农药、医药、有机合成、合成革等领域。对使用后的酰胺类溶剂等非质子极性溶剂进行分离回收与处理成为工业领域一个重要的研究内容。然而现有分离回收技术中常用的蒸馏和精馏分离方法存在能耗大，回收设备和工艺复杂等问题，同时为提高分离装置对非质子极性溶剂的耐受性也极大的提高了分离回收成本。渗透汽化(PV)技术作为一种新型的膜分离技术，在有机溶剂回收方面得到较好应用。然而，一般高分子膜材料在此类溶剂中容易发生溶胀甚至是溶解的现象，使得常规渗透汽化膜难以实现对此类溶剂体系的分离回收。聚酰亚胺(PI)是20世纪60年代发展起来的主链中具有酰亚胺环结构的高分子材料，具有良好的耐热性、机械性能、耐溶剂性，PI膜在渗透汽化膜分离领域已经有一定的研究基础。Qiao等人制备的PI渗透汽化膜用于异丙醇/水的分离，分离因子达到3508，渗透通量0.432kg·m-2·h-1。Polotskaya等合成了PI复合膜(BTDA-ODA/PAN)用于分离10％的甲醇/环己烷溶液，结果表明，PI/PANI膜对甲醇具有较好的选择性，在50℃时的渗透通量为0.046kg·m-2·h-1。2011年，Park等人证实PI膜在DMF、DMAc等非质子极性溶剂中具有较好的耐受性，进一步显示使用PI作为渗透汽化分离膜的分离方法的优势，在有机溶剂分离方面的广阔前景。有专利报道，通过化学亚胺化方法制备聚酰亚胺渗透汽化膜，分离正辛烷/正庚烷-噻吩体系的方法，虽然工艺相对简单，然而化学亚胺化方法并不能使PI达到足够的亚胺化程度，极大的降低了PI膜在非质子极性溶剂中的稳定性，不适宜分离本专利中涉及的溶剂体系。本专利专利技术的使用聚酰亚胺渗透汽化膜的分离方法，对非质子极性溶剂中的小分子溶剂起到很好的分离效果并能够在很长时间内稳定使用，且能耗低，理论成本小于现阶段常用的蒸馏和精馏工艺，具有明显的优势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中对非质子极性溶剂的分离装置能耗大，成本高，回收设备和工艺复杂的问题，普通高分子膜对耐溶剂性差、分离效率低导致薄膜使用寿命短，难以分离纯化非质子极性有机溶剂的问题；本专利技术提供了一种分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，使用聚酰亚胺渗透汽化膜，该方法能够稳定有效的分离非质子极性溶剂中的小分子溶剂，耐高压差而不易破损，分离效率高、工艺简单，相对于现有分离技术成本低的特点，应用前景广阔。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，采用渗透汽化膜分离装置，包括在渗透汽化膜上部充满非质子极性溶剂和小分子溶剂混合物的进料液，渗透汽化膜下部空腔连接真空装置，使进料液中的小分子溶剂通过渗透汽化膜向下部空腔扩散的步骤；其中，所述渗透汽化膜为聚酰亚胺渗透汽化膜；其特征在于所述的聚酰亚胺渗透汽化膜包括支撑层和分离层；其中，所述分离层位于所述支撑层上，所述分离层为多层聚酰亚胺膜，所述支撑层为具有0.01μm以上孔隙结构的无机物或有机物。上述技术方案中，所述多层聚酰亚胺膜优选由采用至少两种除溶剂法制得的聚酰胺酸膜经亚胺化得到，且除与支撑层接触的第一层外，其余层均采用在聚酰胺酸的不良溶剂中扩散的除溶剂方法。上述技术方案中，所述的进料液中，非质子极性溶剂的质量浓度为5～99.9％。上述技术方案中，所述渗透汽化膜分离装置的进料液温度优选为10～150℃，更优选为10～95℃。上述技术方案中，所述渗透汽化膜分离装置的渗透汽化膜下部空腔绝对压力优选为0～99kPa，更优选为0～50kPa。上述技术方案中，所述的非质子极性有机溶剂优选包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的至少一种。上述技术方案中，所述的小分子溶剂优选包括水、甲醇、乙醇中的至少一种。上述技术方案中，所述多层聚酰亚胺膜的总层数优选为2～10层，更优选为2～6层。上述技术方案中，所述分离层的总厚度优选为2～80μm。上述技术方案中，所述支撑层优选为0.1～1μm孔隙结构的无机物或有机物支撑层，更优选为无机陶瓷支撑层。上述技术方案中，所述支撑层的厚度优选为0.5～100mm，更优选为1～5mm。上述技术方案中，所述多层聚酰亚胺膜，第一层使用的除溶剂方法优选自加热方法或在聚酰胺酸的不良溶剂中扩散的方法，第二层及以上聚酰胺酸膜使用的除溶剂方法优选为在聚酰胺酸的不良溶剂中扩散的方法，本专利技术人惊奇的发现，该技术方案条件下的聚酰亚胺渗透汽化膜具有较高渗透汽化分离指数及耐压性好的优异性能。上述技术方案中，所述进料液中的小分子溶剂通过渗透汽化膜向下部空腔扩散，得到高比例小分子溶剂组分的渗透液；渗透汽化膜上部得到渗余液，即为纯化的非质子极性溶剂，或者将渗余液返回进料液，多次循环渗透分离后得到纯化的非质子极性溶剂，完成分离。上述技术方案中，所述聚酰亚胺渗透汽化膜的制备方法，优选包括以下步骤：a)在所述支撑层表面附着一层聚酰胺酸溶液；b)通过加热或在聚酰胺酸的不良溶剂中扩散的除溶剂方法，去除聚酰胺酸溶液中的溶剂，形成聚酰胺酸膜；c)将步骤b)得到的聚酰胺酸膜亚胺化为聚酰亚胺膜；d)在上一步骤得到聚酰亚胺膜表面再附着一层聚酰胺酸溶液；e)通过在聚酰胺酸的不良溶剂中扩散的除溶剂方法去除聚酰胺酸溶液层中的溶剂，形成聚酰胺酸膜；f)将步骤e)得到的聚酰胺酸膜亚胺化为聚酰亚胺膜，得到所述的分离层为两层聚酰亚胺膜的聚酰亚胺渗透汽化膜；或将步骤f)所得的聚酰亚胺膜，重复上述步骤d)、步骤e)、步骤f)，得到所述的分离层为多于两层聚酰亚胺膜的聚酰亚胺渗透汽化膜；其中，步骤b)和步骤e)中的不良溶剂互不相同。上述技术方案中，所述聚酰胺酸优选自通式(1)所示结构：通式(1)其中，Ar1、Ar3为含有至少一个碳六元环的四价芳香族残基，更优选的是以下结构式(1)中所示的芳香族残基：结构式(1)上述结构式(1)中，R1较好选用等基团。Ar2、Ar4优选含有至少一个碳六元环的四价芳香族残基,更优选的是以下结构式(2)所示的芳香族残基：结构式(2)上述结构式(2)中，R2较好选用H-、CH3-、Cl-、Br-、F-、CH3O-、COOH-等任意一个基团。上述技术方案中，所述聚酰胺酸溶液固含量优选为5～25％。上述技术方案中，所述聚酰胺酸溶液粘度优选为1×103～5×105cP。上述技术方案中，在支撑体上附着一层聚酰胺酸溶液的方法优选为旋涂、刮涂或浸渍法中的至少一种。上述技术方案中，所述制备多层聚酰亚胺膜时的除溶剂方法，包括加热方法或多种浸入聚酰胺酸的不良溶剂中扩散除溶剂的方法。上述技术方案中，所述加热方法溶剂扩散的温度优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，采用渗透汽化膜分离装置，包括在渗透汽化膜上部充满非质子极性溶剂和小分子溶剂混合物的进料液，渗透汽化膜下部空腔连接真空装置，使进料液中的小分子溶剂通过渗透汽化膜向下部空腔扩散的步骤；其中，所述渗透汽化膜为聚酰亚胺渗透汽化膜；其特征在于所述的聚酰亚胺渗透汽化膜包括支撑层和分离层；其中，所述分离层位于所述支撑层上，所述分离层为多层聚酰亚胺膜，所述支撑层为具有0.01μm以上孔隙结构的无机物或有机物。/n

【技术特征摘要】
1.一种分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，采用渗透汽化膜分离装置，包括在渗透汽化膜上部充满非质子极性溶剂和小分子溶剂混合物的进料液，渗透汽化膜下部空腔连接真空装置，使进料液中的小分子溶剂通过渗透汽化膜向下部空腔扩散的步骤；其中，所述渗透汽化膜为聚酰亚胺渗透汽化膜；其特征在于所述的聚酰亚胺渗透汽化膜包括支撑层和分离层；其中，所述分离层位于所述支撑层上，所述分离层为多层聚酰亚胺膜，所述支撑层为具有0.01μm以上孔隙结构的无机物或有机物。


2.根据权利要求1所述的分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，其特征在于所述多层聚酰亚胺膜由采用至少两种除溶剂法制得的聚酰胺酸膜经亚胺化得到，且除与支撑层接触的第一层外，其余层均采用在聚酰胺酸的不良溶剂中扩散的除溶剂方法。


3.根据权利要求1所述的分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，其特征在于所述进料液中，非质子极性溶剂的质量浓度为5～99.9％。


4.根据权利要求1所述的分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，其特征在于所述进料液温度为10～150℃。


5.根据权利要求1所述的分离非质子极性溶剂中小分子溶剂的方法，其特征在于所述渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘京妮，孙旭阳，崔晶，钟璟，马文中，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11