一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜，由疏乙醇层和多孔支撑层组成；其中，所述疏乙醇层为聚丙烯酸盐，所述多孔支撑层为纤维素膜

【技术实现步骤摘要】
一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有机溶液分离膜制备相关
，具体涉及一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]乙醇作为重要的食品原料
、
化工原料和医疗用品，应用范围广泛，经济价值巨大
。
生产乙醇有多种方法，如发酵法
、
乙烯水化法
、
煤化法等
。
考虑到原料
、
能耗，环境污染等问题，目前主要使用生物质方法，即发酵法来生产乙醇，但发酵法仅能产出低纯度的乙醇，因此乙醇与水的分离成为该方法中必不可少的过程
。
分离过程的成本成为乙醇生产经济性的决定性因素之一
。
[0003]乙醇
/
水分离的技术手段有蒸馏
、
液
‑
液萃取
、
膜分离和吸附等
。
传统的蒸馏方法技术成熟，分离纯度高，适应性强
、
便于大型化，但是耗能巨大，成本高昂
。
但蒸馏还可以与其他分离技术结合使用，以尽量低的成本获得高纯乙醇
。
将膜分离与蒸馏技术结合起来的渗透汽化膜分离技术是一种新型的膜分离技术，它是用膜将不同渗透速率的两种组分分离的单元操作
。
加热料液产生的蒸汽压差为膜两侧的传质提供了推动力，与单纯的蒸馏不同的是，渗透蒸发法利用膜的选择透过性有效地降低了能耗，已投入工业生产创造了一定的效益
。
分离膜是渗透蒸发设备的关键部件，常用的渗透蒸发膜有聚二甲基硅氧烷和聚
(1
‑
三甲基甲硅烷基
‑1‑
丙炔
)。
为了增强膜的力学性能和分离效率，近来人们还在研究新型有机膜
、
液体膜和无机的沸石
MFI
型膜等
。
然而，渗透汽化法纯化乙醇仍需耗费不菲的能源加热发酵原液，有相当一部分能量在加热
‑
冷却过程中被无法避免地消耗了，并且渗透蒸发膜在长期使用中也易受杂质污染，需要定期更换
。

技术实现思路

[0004]为了克服以上现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜，避免耗费大量能源加热发酵原液和渗透蒸发膜使用时长短的问题
,
实现常温下对乙醇
/
水溶液进行有效的分离
。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法
。
[0006]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：
[0007]一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜，由疏乙醇层和多孔支撑层组成；其中，所述疏乙醇层为聚丙烯酸盐，所述多孔支撑层为纤维素膜
。
[0008]一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法，具体步骤如下：
[0009](1)、
在水性溶剂中加入催化剂
A
混合均匀，再加入功能化纤维素膜和丙烯酸，在搅拌下进行聚合反应，得到聚丙烯酸接枝膜材料；
[0010](2)、
将聚丙烯酸接枝膜材料浸润阳离子盐溶液，制备得到活性自由基聚合的改性
纤维素乙醇溶液分离膜
。
[0011]优选的，所述水性溶剂包括水
、
甲醇
、
乙醇
、
乙醚
、
乙酸乙酯
、
乙二醇或丙三醇中的一种以上
。
[0012]优选的，所述的催化剂
A
包括氢氧化钠
、
氢氧化钾
、
硫酸
、
盐酸
、1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮
、
吡啶
、2
，2’‑
联吡啶
、2
‑
甲基丙烯酸羟乙酯
、
五甲基二乙烯三胺
、1,1,4,7,10,10
‑
六甲基三乙烯四胺
、
溴酸铜
、
溴化亚铜或氯化亚铜中的一种以上
。
[0013]优选的，所述催化剂
A
与所述水性溶剂的质量比为1：
100
～
10000。
[0014]更优选的，所述催化剂
A
与所述水性溶剂的质量比为
1:300
～
4000。
[0015]优选的，所述催化剂
A
的质量分数为
0.01
～
30wt
％
。
[0016]优选的，所述聚合反应的时间为1～
24h
，所述聚合反应的温度为
20
～
80℃。
[0017]优选的，所述功能化纤维素膜的制备步骤如下：
[0018](1)、
将催化剂
B
加入到溶剂中，搅拌均匀，获得混合溶液；
[0019](2)、
将纤维素膜置入所述混合溶液中，再加入
ATRP
引发剂单体，在氮气气氛下搅拌，进行取代反应，得到功能化纤维素膜
。
[0020]优选的，所述取代反应的温度为0～
50℃。
[0021]优选的，所述在氮气气氛下搅拌的时间为1～
24h。
[0022]优选的，所述
ATRP
引发剂单体和所述溶剂的质量比为
1∶5
～
100。
[0023]优选的，所述催化剂
B
与所述
ATRP
引发剂单体的质量比为
1∶1
～
50。
[0024]优选的，所述溶剂为四氢呋喃
、
丙酮
、
甲苯
、
环氧乙烷
、
环氧丙烷
、
二氯甲烷
、
三氯甲烷
、
四氯甲烷
、N
，
N
‑
二甲基甲酰胺
、N
‑
甲基吡咯烷酮或
N
‑
甲基甲酰胺中的一种以上
。
[0025]优选的，所述纤维素膜包括醋酸纤维素膜
、
再生纤维素膜
、
硝酸纤维素膜
、
羟丙基纤维素膜或混合纤维素膜中的一种以上
。
[0026]优选的，所述催化剂
B
包括吡啶
、2,2
’‑
联吡啶
、4,4
’‑
联吡啶
、4
‑
二甲氨基吡啶...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜，其特征在于，由疏乙醇层和多孔支撑层组成；其中，所述疏乙醇层为聚丙烯酸盐，所述多孔支撑层为纤维素膜
。2.
权利要求1所述的一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)、
在水性溶剂中加入催化剂
A
混合均匀，再加入功能化纤维素膜和丙烯酸，在搅拌下进行聚合反应，得到聚丙烯酸接枝膜材料；
(2)、
将聚丙烯酸接枝膜材料浸润阳离子盐溶液，制备得到活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜
。3.
根据权利要求2所述的一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法，其特征在于，所述催化剂
A
包括氢氧化钠
、
氢氧化钾
、
硫酸
、
盐酸
、1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮
、
吡啶
、2
，2’‑
联吡啶
、2
‑
甲基丙烯酸羟乙酯
、
五甲基二乙烯三胺
、1,1,4,7,10,10
‑
六甲基三乙烯四胺
、
溴酸铜
、
溴化亚铜或氯化亚铜中的一种以上
。4.
根据权利要求2所述的一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法，其特征在于，所述水性溶剂包括水
、
甲醇
、
乙醇
、
乙醚
、
乙酸乙酯
、
乙二醇或丙三醇中的一种以上；所述催化剂
A
与所述水性溶剂的比例为1：
100
～
10000。5.
根据权利要求2所述的一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的时间为1～
24h
，所述聚合反应的温度为
20
～
80℃。6.
根据权利要求2所述的一种活性自由基聚合的改性纤维素乙醇溶液分离膜的制备方法，其特征在于，所述功能化纤维素膜的制备步骤如下：
(1)、
将催化剂
B
加入到溶剂中，搅拌均匀，获得混合溶液；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡继文，李炜乐，龚子洋，周仁杰，刘洋，
申请(专利权)人：国科广化南雄新材料研究院有限公司国科广化韶关新材料研究院中科院广州化学有限公司，
类型：发明
国别省市：