[發(fā)明專利]高溫密閉式合成高性能透水型沸石分子篩膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710009613.1
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101219346A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳祥樹;周榮飛;鐘鳴;胡娜;王振卓;游海
• 申請（專利權(quán)）人: 江西師范大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D61/36
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所
• 代理人: 李衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種高性能滲透汽化透水膜的制備方法，屬無機材料滲透分離領(lǐng)域。

背景技術(shù)

很多有機溶劑能與水共溶且大部分形成水/有機物共沸體，目前工業(yè)上常用共沸精餾等特殊精餾方法實現(xiàn)該類共沸混合物體系的分離。然而這些方法不僅具有能耗高的缺陷，且由于引入苯、環(huán)己烷等共沸劑也造成了環(huán)境污染和微量殘留。

滲透汽化是近二十年來迅速發(fā)展起來的、用于液相混合體系分離的一種膜分離技術(shù)。由于滲透汽化分離過程不受汽液平衡限制，因而在分離上述體系時顯示出節(jié)能、高效和環(huán)保等優(yōu)異性能。滲透汽化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是滲透汽化膜的合成。現(xiàn)有的滲透汽化膜主要為聚合有機膜。GB2359814公布了一種聚乙烯醇(PVA)膜合成的方法，應(yīng)用于水/乙醇(5/95wt％)的分離因子在50左右，且僅有60℃下的滲透汽化數(shù)據(jù)。CN1221649A研究開發(fā)了一種PAN和PVA共混的復(fù)合膜，應(yīng)用于70℃，水/乙醇(5/95wt％)體系中的滲透通量為0.38kg/m²·h和分離因子為350。這些膜盡管表現(xiàn)出對水的優(yōu)先選擇性，但分離因子和通量均不高，難以達到工業(yè)應(yīng)用的水平。纖維素膜(JP109204/1984)和聚酰亞胺膜(CN200610113875.8)也有專利報道應(yīng)用于有機溶劑脫水。然而這些膜的滲透選擇性也并不高，且在分離二甲基甲酰胺(DMF)等溶劑時，由于強的溶劑溶漲效應(yīng)表現(xiàn)出差的穩(wěn)定性。正是由于以上的缺點，有機膜難以達到實際生產(chǎn)的要求。

分子篩膜是近年來發(fā)展起來的一種新型無機膜材料。由于其具有高通量、高選擇性、耐熱、耐溶劑的特點，因而倍受人們關(guān)注，成為膜領(lǐng)域發(fā)展最為迅速且最有發(fā)展前景的品種之一。

由于分子篩骨架的硅鋁比很低，NaA型分子篩膜具有很強的親水性，在脫除有機物中水時表現(xiàn)出優(yōu)異的滲透性能。日本山口大學和三井造船株式會社合作將NaA型分子篩膜工業(yè)化應(yīng)用乙醇和異丙醇溶劑的提純(Separ.Purif.Tech.，2001，Vol.25：p251)。這是首個也是目前唯一被工業(yè)化應(yīng)用的分子篩膜，也表明了該材料的優(yōu)越性和極強的工業(yè)應(yīng)用背景。他們在專利(EP0659469A2，JP8318141A)中公布了該的制備方法：將一定配比(實例中為1Na₂O∶0.5Al₂O₃∶1SiO₂∶(60～100)H₂O)溶膠放置在一端開口的玻璃管式反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度控制在60-100℃范圍，壓力為1atm，反應(yīng)時間為3-10小時。專利中報道的膜的最好性能為：75℃，水/乙醇(10/90wt％)體系中的滲透通量為2.15kg/m²·h和分離因子為10000。從性能來看，該專利制備的膜已達到目前最高的分離性能。然而由于采用開口反應(yīng)裝置，放大操作工藝復(fù)雜且制約了合成溫度的升高(≤100℃)，同時合成反應(yīng)料液需要量比密閉體系有明顯增加。

楊維慎等人(J.Membr.Sci.，2004，Vol.245：P41)采用配比為50Na₂O∶Al₂O₃∶5SiO₂∶1000H₂O的澄清溶液，在60℃下合成24小時得到NaA型分子篩膜。該膜應(yīng)用于70℃，水/異丙醇(5/95wt％)體系中的滲透通量為1.5kg/m²·h左右和分離因子為5000左右。該合成的主要缺點是反應(yīng)時間太長，增加了生產(chǎn)成本，不利于工業(yè)放大生產(chǎn)。更為重要的是在低溫下合成的膜在較高溫度(如VP條件下)的性能很不穩(wěn)定，而在高溫下膜的滲透通量將大幅度升高，因此低溫下的合成無形中增加了制備成本并限制了膜的使用范圍。