沸石分子筛膜用于二氯乙烷和氮气混合物的分离方法技术

本发明专利技术涉及到一种或几种有机大分子气体与无机小分子气体混合物的分离。其特征是按照Ｎａ＃－［２］Ｏ∶ＳｉＯ＃－［２］∶Ａｌ＃－［２］Ｏ＃－［３］∶Ｈ＃－［２］Ｏ＝（１５～２５）∶（６．４～２５．６）∶１∶（３００～１５００）的摩尔配比配制溶胶，采用α－Ａｌ＃－［２］Ｏ＃－［３］陶瓷管为载体，合成前载体管经有机酸或醇类溶剂表面活化处理，然后在水热条件下低温（８０℃～１００℃）晶化２０～３６ｈ合成ＮａＹ沸石分子筛膜。将ＮａＹ沸石膜在６０℃下，在０．１～０．４ｍｏｌ／ｌ＃＋［－１］的碱及碱土溶液中离子交换４ｈ，得到ＫＹ、ＬｉＹ、ＣａＹ、ＢａＹ等沸石膜。最后将膜管置于膜分离装置中，控制膜两侧压差于１０～１００ｋｐａ，二氯乙烷和氮气的分离因数在２０～８０之间。本发明专利技术的效果益处是常温下实现了二氯乙烷和氮气的分离，设备简单，能耗低。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学工程
，涉及到有机大分子气体与无机小分子气体混合物的分离，特别涉及到氯碱工业中二氯乙烷和氮气的分离方法。
技术介绍
目前在石油化工行业的氯碱厂中，生产PVC的过程中，会有大量的中间产物二氯乙烷的储存及传输使用。工艺上都是用氮气来密封二氯乙烷，因此会产生大量的被二氯乙烷饱和的氮气。工业上通常将其直接放空，不做回收利用，因此造成了大气污染及资源的浪费。从二氯乙烷和氮气混合物的分离回收二氯乙烷可采用的技术主要有冷凝分离法、吸收法、吸附法。冷凝分离法是将混合气加压冷凝液化，再利用精馏将氮和二氯乙烷分离。由于氮的沸点为-195.8℃，二氯乙烷的沸点为83.4℃，若将两者的混合物液化需要高压和低温，因此其能耗很高，设备投资大，经济效益低。吸收法是采用四氯化二碳或三氯丙烷为吸收剂，在低温下吸收二氯乙烷，再经高温解析回收二氯乙烷。该项技术的吸收剂来源困难，能源浪费也很严重，且尾气中的氮也带走一定的溶剂，从而造成新的污染。因此该技术的应用也受到限制。吸附法是采用对二氯乙烷具有很高选择吸附性能的活性炭或活性炭纤维为吸附剂，在低温下吸附二氯乙烷，吸余气氮气排空。当吸附床达到饱和时，经高温解吸回收二氯乙烷。南京市环境检测中心用活性炭为吸附剂，富集空气中微量二氯乙烷，四氯乙烯，溴代乙烷等有机污染物，取得了很好的效果。但由于氯乙烯车间二氯乙烷贮罐呼吸气中二氯乙烷的浓度为20％(mol)左右，采用吸附法回收二氯乙烷，势必需要大量吸附剂，造成设备体积庞大，高温脱附能耗高，降温困难，制约了工业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在常温下就可以分离二氯乙烷和氮气的膜分离方法，利用该方法制备一种具有特定孔径的沸石分子筛膜，这种沸石膜对极性气体具有选择性吸附，同时使有机大分子气体在其孔内发生毛细管凝聚，进而阻止无机小分子气体通过，来实现混合气体的分离。本专利技术的关键在于合成出NaY沸石分子筛膜。实现本专利技术的技术方案是，按照Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O＝(15～25)∶(6.4～25.6)∶1∶(300～1500)的摩尔配比配制溶胶，其中含铝化合物可以使用三水铝石、硫酸铝、三氯化铝或废金属铝等，氧化硅原料可以是水玻璃、硅酸、硅溶胶卤代硅烷和各种活性无定型硅石等，以及氢氧化钠和水为原料，经搅拌配成溶胶。采用α-Al2O3陶瓷管(孔径3～5μm，孔隙率30～50％)为载体，合成前载体管经有机酸(柠檬酸、EDTA、乙酸等)或有机醇类溶剂(乙醇、正丁醇、异丙醇、丙三醇等)表面活化处理，然后在水热条件下低温晶化合成NaY沸石分子筛膜。本专利技术还可将合成的膜进行阳离子交换，得到KY、LiY、CaY和BaY等改性膜。沸石膜的结构和外观经过X射线衍射和扫描电镜照片分析得到证实。本专利技术的效果和益处是常温下实现了二氯乙烷和氮气的分离，设备简单，节约能源，同时又能避免环境污染，回收了宝贵的资源，改善了人类的生存环境。附图说明附图是Y型沸石膜分离二氯乙烷和氮气的装置结构示意图。图中(1)真空泵；(2)混合气；(3)针形阀；(4)压力表；(5)渗透池；(6)膜管；(7)气相色谱；(8)皂膜流量计。具体实施例方式以下结合附图详细叙述本专利技术的具体实施方式和最佳实施例实施例溶胶制备在400ml的烧杯中加入32g氢氧化钠及100ml水，充分溶解后在强力搅拌下加入44.8ml硅溶胶得到溶液(a)，然后将16.7g硫酸铝溶解于110ml水中得溶液(b)，再缓慢的将溶液(b)滴加到溶液(a)中，形成白色溶胶。载体预处理在合成以前将载体表面用400#、600#、800#砂纸打磨光滑，再用超声波震荡，洗去表面及孔内悬浮颗粒，然后用酸或碱浸泡1～2d，超声波水洗至中性，烘干备用。膜制备取经过预处理的载体管，用柠檬酸浸泡处理载体管表面，处理后将管两端用聚四氟乙烯膜封死，竖直放入不锈钢晶化釜内，将溶胶沿管壁缓缓加入釜内，封好后放到100℃的烘箱内，晶化24h取出，自然冷却并用去离子水洗至中性。常温干燥1～2d，再在100℃干燥1～2d，在焙烧前经N2测试，如果仍然透气，则重复晶化至不透气。膜焙烧在空气气氛中按照一定的升降温程序焙烧膜管，以除去膜孔内的结晶水。升温速率为0.5～1K/min，降温速率为1～2K/min。阳离子交换改性将NaY沸石膜在60℃下，在0.4mol/l-1的KNO3溶液中离子交换4h。离子交换处理后，将膜管在室温下用去离子水漂洗12h，然后150℃干燥1d。然后将按照上述方法制得的NaY沸石膜及用阳离子交换后的膜装到附图中所示的膜分离装置中，膜两端的压差控制在40kPa。二氯乙烷的进气侧浓度为13％，进气侧流速180ml/min；尾气浓度为4.5％，流速160ml/min。二者的分因数为30。权利要求1.一种，其特征是按照Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O＝(15～25)∶(6.4～25.6)∶1∶(300～1500)的摩尔配比配制溶胶，其中含铝化合物可使用三水铝石、硫酸铝、三氯化铝或废金属铝等，氧化硅原料可是水玻璃、硅酸、硅溶胶卤代硅烷和各种活性无定型硅石等，以及氢氧化钠和水为原料，经搅拌配成溶胶；采用α-Al2O3陶瓷管，管孔径为3～5μm，孔隙率30～50％为载体，合成前载体管经有机酸，如柠檬酸、EDTA、乙酸等或有机醇类溶剂如乙醇、正丁醇、异丙醇、丙三醇等表面活化处理，然后在水热条件下低温80℃～100℃，晶化20～36h合成NaY沸石分子筛膜，在焙烧前经N2测试，如果仍然透气，则重复晶化至不透气；然后将NaY沸石膜在60℃下，在0.1～0.4mol/l-1的碱及碱土溶液中离子交换4h；离子交换处理后，将膜管在室温下用去离子水漂洗12h，然后150℃干燥1d；最后将膜管置于膜分离装置中，控制膜两侧压差10～100kpa，二氯乙烷和氮气的分离因数在20～80之间。全文摘要本专利技术涉及到一种或几种有机大分子气体与无机小分子气体混合物的分离。其特征是按照Na文档编号C07C17/38GK1453063SQ03111690公开日2003年11月5日 申请日期2003年5月15日 优先权日2003年5月15日专利技术者王金渠, 郑彤, 李邦民 申请人:大连理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沸石分子筛膜用于二氯乙烷和氮气混合物的分离方法，其特征是按照Ｎａ↓［２］Ｏ∶ＳｉＯ↓［２］∶Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｈ↓［２］Ｏ＝（１５～２５）∶（６．４～２５．６）∶１∶（３００～１５００）的摩尔配比配制溶胶，其中含铝化合物可使用三水铝石、硫酸铝、三氯化铝或废金属铝等，氧化硅原料可是水玻璃、硅酸、硅溶胶卤代硅烷和各种活性无定型硅石等，以及氢氧化钠和水为原料，经搅拌配成溶胶；采用α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷管，管孔径为３～５μｍ，孔隙率３０～５０％为载体，合成前载体管经有机酸，如柠檬酸、ＥＤＴＡ、乙酸等或有机醇类溶剂如乙醇、正丁醇、异丙醇、丙三醇等表面活化处理，然后在水热条件下低温８０℃～１００℃，晶化２０～３６ｈ合成ＮａＹ沸石分子筛膜，在焙烧前经Ｎ↓［２］测试，如果仍然透气，则重复晶化至不透气；然后将ＮａＹ沸石膜在６０℃下，在０．１～０．４ｍｏｌ／ｌ↑［－１］的碱及碱土溶液中离子交换４ｈ；离子交换处理后，将膜管在室温下用去离子水漂洗１２ｈ，然后１５０℃干燥１ｄ；最后将膜管置于膜分离装置中，控制膜两侧压差１０～１００ｋｐａ，二氯乙烷和氮气的分离因数在２０～８０之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王金渠，郑彤，李邦民，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]