[發(fā)明專利]一種優(yōu)先透過碳酸二甲酯的滲透汽化膜的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110200845.1
• 申請(qǐng)日: 2011-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN102350233A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李繼定;王蕾;秦琳;鄭冬菊;陳劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/70
• 分類號(hào): B01D71/70;B01D67/00;B01D69/12;B01D69/10
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及滲透汽化膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種優(yōu)先透過碳酸二甲酯的滲透汽化膜的制備方法。

背景技術(shù)

碳酸二甲酯(DMC)是環(huán)境友好型的化學(xué)品。它具有優(yōu)良的溶解性能，并且易于生物降解，因此可以作為低毒溶劑，在涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。DMC分子中含有甲基、甲氧基、羰基等多種官能團(tuán)，可以代替光氣、硫酸二甲酯等作為甲基化劑和羰基化劑，合成多種綠色高新精細(xì)化學(xué)品。同時(shí)，DMC分子含氧率高達(dá)53％，已經(jīng)逐步取代甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE)作為汽油添加劑，以提高汽油的辛烷值并抑制一氧化碳和烴類的排放。近年來，碳酸二甲酯的制備及工業(yè)應(yīng)用已在國內(nèi)外引起重視，并取得了迅猛的發(fā)展。《2020年中國精細(xì)化工科技發(fā)展長遠(yuǎn)規(guī)劃》中提出，利用酯交換法爭(zhēng)取在2020年形成400萬噸/年的碳酸二甲酯生產(chǎn)能力，可將近200萬噸二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化成1300多萬噸綠色高新精細(xì)化工產(chǎn)品和功能新材料。

DMC工業(yè)生產(chǎn)得到甲醇(MeOH)/DMC共沸混合物，常壓下，共沸物中DMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％。目前多采用加壓精餾法進(jìn)行分離，分離所需能耗高達(dá)總能耗的60％，大幅提高了DMC的生產(chǎn)成本，因而嚴(yán)重制約了DMC的應(yīng)用。滲透汽化法(Pervaporation，簡稱PV)是用于液(汽)體混合物分離的一種新型膜技術(shù)，它利用組分通過致密膜溶解和擴(kuò)散速度的不同實(shí)現(xiàn)分離，不受氣液平衡限制，具備能耗低、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。尤其在傳統(tǒng)分離手段難以處理的共沸物(如乙醇和水的分離、碳酸二甲酯和甲醇的分離)、近沸點(diǎn)物系的分離等領(lǐng)域中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，還可以與反應(yīng)裝置耦合，將反應(yīng)生成物不斷脫除，使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率明顯提高。近幾年，國內(nèi)外在滲透汽化分離MeOH/DMC共沸混合物優(yōu)先脫除MeOH方面已取得一定進(jìn)展，但由于共沸液中MeOH含量高達(dá)70％，滲透汽化優(yōu)先脫除DMC具有更明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有較高的自由體積分?jǐn)?shù)、較強(qiáng)的憎水性、較好的成膜性，是典型的憎水性膜材料。縮合型PDMS已經(jīng)被廣泛用于優(yōu)先透乙醇膜材料中，但在DMC/MeOH體系的耐料液溶脹性較差，而雙組份加成型聚二甲基硅氧烷(加成型PDMS)是指含氫硅油和乙烯基聚硅氧烷在鉑催化劑的作用下，室溫下通過硅氫加成反應(yīng)形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的彈性體，與傳統(tǒng)的利用硅羥基團(tuán)實(shí)現(xiàn)交聯(lián)的縮合型PDMS(如107膠、108膠)相比，加成型PDMS在交聯(lián)過程中不產(chǎn)生小分子副產(chǎn)物，膜結(jié)構(gòu)更加致密、機(jī)械強(qiáng)度更高、耐溶脹性更好。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)先透過碳酸二甲酯的滲透汽化膜的制備方法，所制備的滲透汽化膜結(jié)構(gòu)致密、機(jī)械強(qiáng)度高、耐溶脹性好、分離選擇性好，抗溶脹性強(qiáng)，膜的運(yùn)行性能穩(wěn)定；制備方法具備能耗低、效率高、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種優(yōu)先透過碳酸二甲酯的滲透汽化膜，它由三部分組成：支撐層為聚酯無紡布，底膜為多孔超濾膜，致密分離層為疏水性納米SiO₂填充加成型PDMS，填充量的比為2％-40％。

一種優(yōu)先透過碳酸二甲酯的滲透汽化膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、納米SiO₂的疏水修飾

將納米SiO₂溶于有機(jī)溶劑，配制質(zhì)量濃度為5％-30％的溶液，攪拌分散，向溶液中滴加硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑的用量是SiO₂質(zhì)量的10％-50％，在30℃-100℃攪拌6-36h，過濾后用有機(jī)溶劑洗滌，在100℃-300℃下烘干，制得疏水納米SiO₂；

步驟二、疏水納米SiO₂填充加成型PDMS鑄膜液的制備

將乙烯基聚硅氧烷(Vi-PDMS)、交聯(lián)劑含氫硅油(H-PDMS)按乙烯基摩爾數(shù)比硅氫基團(tuán)摩爾數(shù)為1∶0.8-1∶2混合攪拌均勻，溶于有機(jī)溶劑中，乙烯基聚硅氧烷(Vi-PDMS)與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1∶0.5-1∶2，，加入疏水納米SiO₂，疏水納米SiO₂的質(zhì)量與乙烯基聚硅氧烷(Vi-PDMS)的質(zhì)量比為2-40∶100，攪拌均勻，加入催化劑鉑(0)-1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，催化劑鉑(0)-1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷的質(zhì)量與Vi-PDMS的質(zhì)量比為0.3×10^-4-1×10^-4∶1，制得鑄膜液；